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最詳細(xì)的人腦內(nèi)部連接圖發(fā)布展示了人腦神經(jīng)元間的連接模式

2021-06-10 09:33:54 來源：中國科學(xué)報(bào)

大約有4000根神經(jīng)纖維連接到這個(gè)神經(jīng)元上。

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。患者接受了移除左海馬體手術(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。“產(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。”

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。“我們可能會發(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。”他說，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。

標(biāo)簽：人腦內(nèi)部連接圖神經(jīng)元連接模式