Abstract The neural circuits responsible for animal behavior remain largely unknown. We summarize new methods and present the circuitry of a large fraction of the brain of the fruit fly Drosophila melanogaster. Improved methods include new procedures to prepare, image, align, segment, find synapses in, and proofread such large data sets. We define cell types, refine computational compartments, and provide an exhaustive atlas of cell examples and types, many of them novel. We provide detailed circuits consisting of neurons and their chemical synapses for most of the central brain. We make the data public and simplify access, reducing the effort needed to answer circuit questions, and provide procedures linking the neurons defined by our analysis with genetic reagents. Biologically, we examine distributions of connection strengths, neural motifs on different scales, electrical consequences of compartmentalization, and evidence that maximizing packing density is an important criterion in the evolution of the fly’s brain.

Abstract Precise, repeatable genetic access to specific neurons via GAL4/UAS and related methods is a key advantage of Drosophila neuroscience. Neuronal targeting is typically documented using light microscopy of full GAL4 expression patterns, which generally lack the single-cell resolution required for reliable cell type identification. Here we use stochastic GAL4 labeling with the MultiColor FlpOut approach to generate cellular resolution confocal images at large scale. We are releasing aligned images of 74,000 such adult central nervous systems. An anticipated use of this resource is to bridge the gap between neurons identified by electron or light microscopy. Identifying individual neurons that make up each GAL4 expression pattern improves the prediction of split-GAL4 combinations targeting particular neurons. To this end we have made the images searchable on the NeuronBridge website. We demonstrate the potential of NeuronBridge to rapidly and effectively identify neuron matches based on morphology across imaging modalities and datasets.

The neural circuits responsible for behavior remain largely unknown. Previous efforts have reconstructed the complete circuits of small animals, with hundreds of neurons, and selected circuits for larger animals. Here we (the FlyEM project at Janelia and collaborators at Google) summarize new methods and present the complete circuitry of a large fraction of the brain of a much more complex animal, the fruit fly Drosophila melanogaster. Improved methods include new procedures to prepare, image, align, segment, find synapses, and proofread such large data sets; new methods that define cell types based on connectivity in addition to morphology; and new methods to simplify access to a large and evolving data set. From the resulting data we derive a better definition of computational compartments and their connections; an exhaustive atlas of cell examples and types, many of them novel; detailed circuits for most of the central brain; and exploration of the statistics and structure of different brain compartments, and the brain as a whole. We make the data public, with a web site and resources specifically designed to make it easy to explore, for all levels of expertise from the expert to the merely curious. The public availability of these data, and the simplified means to access it, dramatically reduces the effort needed to answer typical circuit questions, such as the identity of upstream and downstream neural partners, the circuitry of brain regions, and to link the neurons defined by our analysis with genetic reagents that can be used to study their functions. Note: In the next few weeks, we will release a series of papers with more involved discussions. One paper will detail the hemibrain reconstruction with more extensive analysis and interpretation made possible by this dense connectome. Another paper will explore the central complex, a brain region involved in navigation, motor control, and sleep. A final paper will present insights from the mushroom body, a center of multimodal associative learning in the fly brain.

Techniques that enable precise manipulations of subsets of neurons in the fly central nervous system have greatly facilitated our understanding of the neural basis of behavior. Split-GAL4 driver lines allow specific targeting of cell types in Drosophila melanogaster and other species. We describe here a collection of 3063 lines targeting a range of cell types in the adult Drosophila central nervous system and 1020 lines characterized in third-instar larvae. These tools enable functional, transcriptomic, and proteomic studies based on precise anatomical targeting. NeuronBridge and other search tools relate light microscopy images of these split-GAL4 lines to connectomes reconstructed from electron microscopy images. The collections are the result of screening over 77,000 split hemidriver combinations. In addition to images and fly stocks for these well-characterized lines, we make available 300,000 new 3D images of other split-GAL4 lines.