哺乳動物大腦最詳連接圖譜繪成

科技日報北京4月9日電 （記者張佳欣）由150餘名神經科學家參與的“大腦皮層網絡機器智能”（MICrONS）項目，在9日的《自然》系列期刊上發表十篇論文，公佈了迄今最詳盡的哺乳動物大腦連接圖譜。根據一粒沙大小的腦區就能繪製神經元連接、形態與功能圖譜不僅是一項科學奇蹟，更是邁向理解思維、情感和意識神秘起源的關鍵一步。

40多年前，分子生物學家弗朗西斯·克里克斷言“解析立方毫米大腦組織連接圖譜是不可能的任務”。如今，這一預言正被全球科學家團隊逐步打破。協調這項工作的美國情報高級研究計劃局（IARPA）前項目經理戴維·A·馬科維茨表示，此次進展是“神經科學領域的一個分水嶺，其變革潛力堪比人類基因組計劃”。

美國貝勒醫學院科學家首先利用專門的顯微鏡，記錄了小鼠視覺皮層一立方毫米區域在觀看各種電影和視頻片段時的大腦活動。隨後，艾倫研究所的研究人員取下這一立方毫米的大腦組織，將其切成25000多層，每層厚度僅為人類髮絲的1/400，並使用一系列電子顯微鏡對每一層進行高分辨率成像。最後，普林斯頓大學的另一個團隊利用人工智能和機器學習技術，將這些細胞和連接重建為三維圖像。

結合大腦活動記錄，研究團隊繪製出迄今最大的大腦連接圖譜和功能圖譜，其中包含20多萬個細胞、4公里長的軸突（延伸至其他細胞的分支）以及5.23億個突觸（細胞間的連接點）。

該連接圖譜及其數據現可通過MICrONS Explorer免費獲取。其數據量達1.6拍字節，相當於22年不間斷錄製的高清視頻所產生的數據量總和，為人們提供了前所未有的關於大腦功能和視覺系統組織結構的知識。

研究揭示了新的細胞類型、特徵、組織與功能原理，以及一種新的細胞分類方法。其中最令人驚訝的發現是，大腦中存在一種新的抑制原理。以往科學家認為，抑制性細胞僅單純抑制其他細胞活動，但研究團隊發現，抑制性細胞會針對興奮性細胞進行高度選擇性的交流，形成協調合作系統，有的會協同抑制多個興奮性細胞，有的則更精準，只針對特定細胞。

這些成果為研究大腦與智能提供了新的可能性，還對理解涉及神經通信障礙的阿爾茨海默病、帕金森病、孤獨症和精神分裂症等病症具有啓示意義。