前谷歌首席執行官希望通過感染大腦來了解大腦 - 彭博社

一幅展示使用E11 Bio開發的腦映射技術重建小鼠海馬體中的神經元和突觸的圖像。

來源：Tyler Sloan/Quorumetrix在十月初，科學家們揭示了一些壯觀的東西——果蠅大腦的完整地圖。果蠅的大腦大約只有一粒鹽的大小，擁有140,000個神經元，通過近500英尺的生物電纜連接。該地圖展示了各種類型的細胞及其連接方式。它有望幫助我們更好地理解大腦是如何工作的。科學家們正在歡呼。

這是一個巨大的成就，但它也顯示了邁出下一步將是多麼困難。數百名科學家花費十年時間將大腦切割成可以高分辨率拍攝的小片段，將這些數百萬張圖像重新組裝成統一的圖像，然後與人類專家和人工智能軟件一起分析所有這些數據。該領域之前的高水位標誌是1980年代對一個擁有302個神經元的蠕蟲進行的整個大腦地圖——稱為連接組。要達到果蠅的140,000個神經元，需要一系列突破。

彭博社商業週刊億萬富翁的“嬰兒項目”如何陷入數十名女性的困境推動拜登最後一次海外旅行的十億美元鐵路馬斯克的削減預算的MAGA億萬富翁團隊成形頂級商學院看到少數族裔入學人數增長接下來，研究人員希望繪製一隻老鼠的大腦，包含7000萬個神經元。當然，最大的獎項將是人類大腦，其中有1000億個神經元和100萬億個連接。目前尚不清楚是否能夠完成這樣一個龐大的項目，或者我們的計算系統是否能夠應對處理所有數據的挑戰。

這將我們帶到一個名為 E11 Bio的組織。

在過去三年裏，大約十幾名研究人員一直在加利福尼亞州阿拉梅達的E11實驗室工作，開發使大腦映射更好、更便宜和更快的技術。雖然正在探索的技術仍處於早期階段，但E11的首席執行官兼聯合創始人安德魯·佩恩認為，有可能將大腦映射所需的時間縮短一半，同時將成本降低100倍。

安德魯·佩恩在加利福尼亞州阿拉梅達的E11 Bio實驗室。攝影師：傑森·亨利，彭博商業週刊“在許多方面，大腦是最複雜的生物系統，我們根本不知道它是如何工作的，”佩恩首次公開談論E11的研究時説。“這是一個巨大的前沿，還有很多工作要做。”他表示，像連接組學領域的其他人一樣，更好的大腦映射可能會導致治療疾病的突破，以及改善旨在模仿人類大腦的人工智能系統。

主要挑戰之一是理解超密集的腦圖像。哈佛大學和谷歌的研究人員最近製作了一個三維人腦1立方毫米的圖像。它包含大約57,000個細胞和1.5億個連接神經元的突觸。該圖像是用1.4PB的數據構建的（相當於14,000部高清電影），顯示出一種混亂的生物電路，類似於交錯的意大利麪團。

正常大小（左）和放大的小鼠腦樣本在E11 Bio。攝影師：Jason Henry為《彭博商業週刊》拍攝為了理解這塊組織是如何運作的，研究人員必須找到一個神經元，然後追蹤它與其他神經元的連接。這相當於在一堆其他麪條中跟蹤一根意大利麪條，看看它從哪裏開始和結束，並記錄它在途中與其他麪條接觸的所有次數。

如今，這項工作大部分是由人工智能軟件完成的，而人類則進行費力的工作，糾正錯誤並發現人工智能遺漏的電路路徑。威康信託，一個資助科學研究的慈善組織，估計製作整個小鼠連接組將需要超過15年的時間，並且該過程的成本在75億美元到217億美元之間。大部分費用將來自支付這些人類校對員的工資。

雖然有一些團體以各種方式資助這類工作，但尚不清楚政府或研究機構是否願意投入如此驚人的金額。“校對的成本是目前最大的瓶頸，”佩恩説。

E11的方法或多或少是讓大腦自我標記。實驗室通過向小鼠大腦注入攜帶DNA片段的病毒，指示個別神經元製造特殊蛋白質來實現這一點。這些蛋白質隨後成為生物學上相當於條形碼的東西。如果向大腦注入足夠的病毒，個別神經元和其他結構最終會擁有作為唯一標識符的蛋白質組合。這些注射進入活的小鼠大腦，病毒需要大約三週的時間才能發揮作用。之後，小鼠的大腦會被解剖。

準備小鼠大腦樣本。攝影師：傑森·亨利，彭博商業週刊E11接下來向大腦發送抗體，將熒光染料帶到蛋白質上，這樣就可以使用光學顯微鏡將光束照射到組織上並捕捉顏色。每個神經元都以其自身的顏色亮起，其連接可以通過跟蹤該顏色來追蹤。大腦組織本質上具有其各種結構和連接路徑的內置標籤。

光學顯微鏡可以處理比大多數其他連接組學研究中使用的電子顯微鏡更大的組織樣本。這減少了所需的大腦切片數量。佩恩估計，E11可以通過幾百片切片分析整個小鼠大腦，而使用電子顯微鏡則需要100,000片切片。此外，連接圖應該更準確，並且需要更少的校對。

阿拉梅達E11 Bio的設施中的顯微鏡和其他實驗室設備。攝影師：Jason Henry為彭博商業週刊拍攝E11是一個專注的研究組織，或稱FRO，這是谷歌前首席執行官埃裏克·施密特幫助推廣的一個概念，旨在加速重要的科學工作。FRO的目的是在大約五年的時間裏專注於一個特定問題，以查看他們是否能夠取得關鍵進展，並與更廣泛的科學界分享他們的發現，而不是進行開放式研究。理論上，許多重要突破的追求對於大學來説成本過高或風險過大，對於初創公司來説商業不確定性過高。FRO作為一種新穎想法的試驗場，能夠廣泛推動科學進步，並導致一系列初創公司的出現。

E11的投資者包括位於波士頓郊外的Convergent Research，該公司代表施密特和其他人向多個FRO投資了約5000萬美元，以及詹姆斯·菲克爾，他也是一位主要的生物技術和腦研究支持者。佩恩拒絕透露實驗室籌集了多少資金。

根據佩恩的説法，E11的蛋白質標記技術表現良好，使得FRO能夠從概念驗證模式轉向建立其成像基礎設施，以便能夠處理整個小鼠大腦。E11計劃在明年初發表一篇論文，詳細介紹其在小鼠大腦海馬體區域部分映射工作的成果。

來自小鼠海馬體切片的神經元網格（左）和來自小鼠海馬體切片的18個條形碼位通道的增強數據。攝影師：傑森·亨利，彭博商業週刊關於這些類型的大腦地圖的價值長期以來一直存在爭議，這阻礙了連接組工作的資金支持。一些科學家將連接組的重要性與人類基因組相提並論，並認為一旦產生足夠的完整大腦地圖，非凡的突破將隨之而來。其他科學家則表示，這些地圖的價值有限，因為它們只是一個在時間上被凍結的大腦的快照，而不是深入瞭解這個器官如何運作的窗口。

普林斯頓神經科學研究所的教授塞巴斯蒂安·西翁對果蠅項目做出了重大貢獻，並認為科學界正在逐漸認識到連接組的價值。“你必須達到一個顯而易見的地步，即連接組對健康和疾病的重要性，”他説。“這就是基因組的運作方式。我認為我們接近那個點。”

西翁預計，人工智能技術將繼續改善，大腦映射的成本將降低。例如，人工智能可能會自行解決校對問題。他還提到 新腦映射技術正在奧地利科學與技術研究所開發，以及 Panluminate 公司，該公司位於紐黑文，作為E11的可能有前景的替代方案。

亞當·馬布爾斯通，Convergent Research的聯合創始人兼首席執行官，正是因為對連接組學領域能否持續進展的懷疑而被E11所吸引。FRO理念的一部分是冒險進入那些對其他人來説過於艱鉅的引人注目的領域。“有這些不同的努力，可能會有更多的努力利用現有技術來改進它們，並追求完整的小鼠大腦，”馬布爾斯通説。“但並不是説已經寫下了一張支票，因為人們仍然在想，校對是否會花費數十億美元。這整個事情依賴於大幅降低成本。”接下來閲讀：對加密貨幣的成功押注如何改變大腦和長壽科學