史上最詳細(xì)人腦內(nèi)部連接圖發(fā)布
作者:唐一塵
發(fā)布時(shí)間:2021-06-10
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史上最詳細(xì)人腦內(nèi)部連接圖發(fā)布

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大約有4000根神經(jīng)纖維連接到這個(gè)神經(jīng)元上。圖片來源:GoogleLichtman Laboratory

本報(bào)訊?研究人員繪制了迄今為止最詳細(xì)的人腦內(nèi)部連接圖,它展示了人腦神經(jīng)元間的連接模式。近日,相關(guān)論文發(fā)布于預(yù)印本平臺bioRxiv。

這張圖可以在網(wǎng)上免費(fèi)獲得,其中包括5萬個(gè)細(xì)胞,全部以三維形式呈現(xiàn)。它們由上億根蜘蛛絲般的卷須連接在一起,形成了1.3億個(gè)突觸連接。該數(shù)據(jù)集有1.4拍字節(jié),約為計(jì)算機(jī)存儲容量的700倍。

論文作者之一、美國加州山景城谷歌研究中心的Viren Jain說,該數(shù)據(jù)集如此之大,以致研究人員還未能對其進(jìn)行詳細(xì)研究。未參與該研究的哈佛大學(xué)的Catherine Dulac說,這是我們第一次看到如此大的人腦真實(shí)結(jié)構(gòu)。

該研究始于哈佛大學(xué)Jeff Lichtman團(tuán)隊(duì)從一位45歲抗藥性癲癇女性患者身上獲得的一小片大腦?;颊呓邮芰艘瞥蠛qR體手術(shù)。手術(shù)中,外科醫(yī)生必須移除覆蓋在其海馬體上的一些健康腦組織。

Lichtman團(tuán)隊(duì)立即將樣本浸泡在防腐劑中,然后用像鋨這樣的重金屬進(jìn)行染色,以便每個(gè)細(xì)胞的外膜在電子顯微鏡下都可以看到。之后將樣本嵌入樹脂中使其變硬,進(jìn)而切成約30納米厚的薄片(大約是人類頭發(fā)直徑的千分之一),并使每個(gè)薄片成像。此時(shí),Jain團(tuán)隊(duì)接手,組裝二維切片形成三維模型。他們使用機(jī)器學(xué)習(xí)重建了連接神經(jīng)元的卷須,并標(biāo)記了不同的細(xì)胞類型。

而所有這些細(xì)節(jié)展示的只是大腦的一小部分?!爱a(chǎn)生的整個(gè)數(shù)據(jù)集僅代表了1立方毫米大腦,通常是核磁共振掃描中的一個(gè)像素。”Jain說。但對Dulac來說,該數(shù)據(jù)集是“未來幾年的寶貴財(cái)富”。

研究小組還在大腦皮層深處發(fā)現(xiàn)了以前沒有觀察到的神秘神經(jīng)元對。Lichtman說:“兩個(gè)細(xì)胞在同一軸上指向相反方向?!?/p>

要繪制整個(gè)人腦圖需要1000倍的數(shù)據(jù)集,即澤字節(jié)。Lichtman提到,這相當(dāng)于全球一年產(chǎn)生的數(shù)字內(nèi)容的總和。但這樣做可能不值得?!拔覀兛赡軙l(fā)現(xiàn),其中很多是來自經(jīng)驗(yàn)的編碼信息,因此每個(gè)大腦都是不同的?!彼f,如果不了解信息是如何存儲的,這些數(shù)據(jù)將無用處。

但有專家認(rèn)為,一個(gè)直接的好處是有助于探索有精神健康問題的人的大腦有何不同,以進(jìn)一步闡明精神分裂癥等疾病是如何發(fā)生的。(唐一塵)

相關(guān)論文信息:

https://doi.org/10.1101/2021.05.29.446289

《中國科學(xué)報(bào)》 (2021-06-10 第1版 要聞)


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