科技日報記者 張佳欣
由150余名神經(jīng)科學家參與的“大腦皮層網(wǎng)絡機器智能”（MICrONS）項目，在9日的《自然》系列期刊上發(fā)表十篇論文，公布了迄今最詳盡的哺乳動物大腦連接圖譜。根據(jù)一粒沙大小的腦區(qū)就能繪制神經(jīng)元連接、形態(tài)與功能圖譜不僅是一項科學奇跡，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(xié)調(diào)這項工作的美國情報高級研究計劃局（IARPA）前項目經(jīng)理戴維·A·馬科維茨表示，此次進展是“神經(jīng)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(yī)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(qū)域在觀看各種電影和視頻片段時的大腦活動。隨后，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，每層厚度僅為人類發(fā)絲的1/400，并使用一系列電子顯微鏡對每一層進行高分辨率成像。最后，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，研究團隊繪制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(shù)據(jù)現(xiàn)可通過MICrONS Explorer免費獲取。其數(shù)據(jù)量達1.6拍字節(jié)，相當于22年不間斷錄制的高清視頻所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量總和，為人們提供了前所未有的關于大腦功能和視覺系統(tǒng)組織結構的知識。
研究揭示了新的細胞類型、特征、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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，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(xié)調(diào)合作系統(tǒng)，有的會協(xié)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(jīng)通信障礙的阿爾茨海默病、帕金森病、孤獨癥和精神分裂癥等病癥具有啟示意義。
