清華大學研究團隊透過果蠅行為研究，解密果蠅大腦的神經運算機制，發現果蠅腦內的蘑菇體能整合外界各種訊息，用隨機也有固定的混合模式，幫助果蠅在複雜環境中做出選擇。這項研究成果不僅揭開昆蟲大腦的神經運算機制，也為未來腦科學與AI人工智慧的交叉應用開啟新方向，最近登上國際頂尖期刊《科學前緣》


清華大學腦科學研究中心主任江安世與系統神經科學研究所教授羅中泉、物理系特聘研究講座教授李定國組成跨領域團隊，解密果蠅如何迅速決定「吃」或「逃」等行為。

科學界過去認為果蠅大腦內的神經連結是隨機的，但江安世發現其中的連結既有隨機、也有專門處理更重要訊息的「專線」，分工精密且高效。
理感官信息及學習記憶的重要樞紐。過去20年來，科學界對蘑菇體神經連結方式有不同看法。比如2004年諾貝爾生理醫學獎得主理查．艾克索（Richard Axel）曾在研究中取樣約十分之一的神經細胞，認為神經連結是隨機的；但江安世則認為其中應存在特定連接模式。

江安世領導的清華研究團隊運用神經連結體分析、活體影像技術與電腦模擬，發現果蠅大腦蘑菇體中的嗅覺神經元與中樞神經元連結並非完全隨機或固定，而是「既有隨機也有固定」的混合模式。特定神經群聚有明確的偏好連結對象，將不同氣味以分散及匯聚的模式進行編碼，兼顧嗅覺辨識的敏銳性與多樣性。
果蠅腦內的蘑菇體相當於一個小型的中央處理器CPU，能把外界各種訊息整合起來，幫助果蠅在複雜環境中做出選擇，比如避開危險、找到食物、尋找伴侶。

清華團隊研究發現，果蠅嗅覺神經採取「專才型」與「通才型」兩種細胞分工。通才型能隨機接收食物、費洛蒙、花草樹木等多種氣味，就像廣播一樣，可同時擴散傳給多組細胞；而專才型只處理特定重要氣味，也就是水果等食物的氣味，就像專線電話一樣，讓關鍵訊息能集中傳到指定神經元。

清華大學系統神經科學研究所教授羅中泉進一步解釋，果蠅混合的神經連結模式就像一組高強度密碼，結合了隨機和有序的優點，「就像人們設密碼，最理想的組合是『熟悉的單字加亂碼』，例如在名字前後加上數字或符號，乍看沒邏輯，但方便自己記憶，又難被破解。」
江安世表示，發現果蠅混合「隨機」與「有序」特性的神經連結，不僅釐清了大腦如何分散與集中處理訊息的秘密，也可望為治療失智症、帕金森氏症等神經退化性疾病提供新的線索，並啟發AI神經網路的設計與應用。

清華大學腦科學研究中心對於果蠅大腦的研究獨步全球，之前也有重要研究成果發表在自然期刊上。標題依然是言過其實，這項研究推翻了諾貝爾獎得主的部分理論，證明了嗅覺神經元之間存在更複雜的互動，而非單純的獨立反應。這將重新定義我們對大腦處理嗅覺資訊的理解。

透過這項研究，我們能更進一步探討神經網路如何協同運作，來處理多樣化的環境資訊，這對於人類大腦的認知與學習機制研究也具有啟發性。