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史上最强三维“人脑地图”问世

时间:2021-06-07 15:00:13 来源:科技日报

  包含1.3亿个突触、数万个神经元……通过对人类大脑皮层进行成像和重建,科学家发布了一份迄今最大的“人脑地图”。据谷歌人工智能官方网站2日消息,该机构发布了“H01”人脑成像数据集,这也是首个大规模研究人类大脑皮层的突触连接的项目。

  人类大脑是有史以来最复杂的“计算机”,如何绘制由大脑神经元、突触和其他细胞组成的密集连接图,进而厘清它们是如何形成思想、情感、记忆、行为和意识的,是科学家长久以来的梦想,但也被认为是几乎“不可能完成的任务”。

  谷歌联合霍华德·休斯医学研究所的科学家曾制作过一个“果蝇半脑连接组”,包括了昆虫全脑的一半左右。而此次,谷歌和哈佛大学的Lichtman实验室制作了一个可浏览、可搜索的人类大脑皮层的3D“地图”——最新的“H01”数据集容量超过100万GB。

  研究团队从人类大脑皮层的颞叶开始取样,为获得视觉清晰度,还对其染色、涂上树脂,再切成大约5300个切片,每个切片的厚度约为30纳米(nm)。团队使用扫描电子显微镜对这些切片进行成像,其分辨率达4纳米——这创造了2.25亿张二维图像,再将它们拼接成一个三维结构。

  最终,这一数据集覆盖大约一立方毫米的皮质组织,包括数万个神经元、部分神经重建元片段、1.3亿个带注释的突触、104个校对细胞以及许多其他亚细胞注释和结构。“H01”样本通过4nm分辨率成像,再由自动计算技术重建和注释,最终可让人们看到一个初步的人类大脑皮层结构。

  这是迄今为止人类编制的最全面、最详细的人类大脑“地图”,也是第一个大规模研究人类大脑皮层的突触连接的样本,该成果为研究人类大脑提供了重要资源。这一样本仍然只是整个人类大脑容量的百万分之一,未来的扩展研究仍然是巨大的技术挑战。

  总编辑圈点

  大脑皮层,在整个脑和全部神经系统的演化史上最晚出现,但功能却最高阶。换句话说,为什么我们有“高级认知功能”?如思考、记忆、计划、感知、语言和注意力,可能就要从大脑皮层中寻找答案。多年来,科学家已经在理解复杂大脑的宏观结构上取得长足进步,但对于单个神经细胞水平上的构造、相互连接的突触,尚有许许多多问题未厘清。感谢匿名的捐赠者,让科学家利用那些原本会被丢弃的切除组织,构建出一幅微小却也宏大的“地图”,让人类对自己的大脑深处有了前所未有的了解。

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编辑: 刘坤媛
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