研究首次展示大腦海量高清細節(jié) 神經網絡織就的納米級圖譜

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2024-05-12 13:25:24 網易

近期,，哈佛大學與谷歌的科研團隊攜手,，成功繪制出一塊約一立方毫米大小的人類大腦3D圖,，其分辨率達到了前所未有的納米級別,。盡管這只是龐大腦結構的微小部分，它卻詳盡包含了約57000個細胞、230毫米長的血管及近1.5億個神經突觸,，刷新了人類對大腦圖像的分辨率記錄,。

為了完成這一精細繪制，研究團隊將大腦組織樣本切割成5000份薄片,，利用高速電子顯微鏡逐一掃描,。隨后，借助機器學習技術,，他們不僅將這些切片天衣無縫地拼接起來,，還完成了特征標記，處理的數據量驚人,，達1.4PB,。計算神經科學家邁克爾·霍里利茲對此項工作的計算密集度和工作量表示驚嘆，盡管他并未參與研究,。

該圖像展示了一小塊腦組織內的神經元及其連接的3D視圖,，神經元根據其距大腦表面的深度被賦予不同色彩，從藍色的淺層至紫紅色的深層,，直觀展示了大腦內部的復雜構造,。此圖譜的發(fā)布，使得科學家能在納米尺度上追蹤神經元與突觸的連接,，對于理解大腦運作機制,、信息處理與記憶存儲具有重要意義。

這項研究成果已于5月9日在《Science》雜志上公諸于世,，相關數據及預印本早前在2021年已面世,。此腦圖譜專注于細胞間連接的研究，即“連接組學”,，揭示了大腦皮層約160億個神經元間的錯綜復雜連接網路,，每個神經元與成百上千其他神經元相聯(lián),，構建出難以想象的復雜系統(tǒng),。

研究團隊面臨的首個挑戰(zhàn)是尋找合適的腦組織樣本，因死后大腦退化迅速,，最終選取了來自一名接受癲癇手術患者的活體組織,。樣本經過特殊處理并精細切割，再通過特制電子顯微鏡成像,。后續(xù)的計算過程尤為艱巨,，需將海量切片精確對齊，重構三維連接,，任何微小誤差都會導致連鎖反應,，影響整個連接網絡的準確性。

此突破性圖像現(xiàn)可通過Neuroglancer平臺免費訪問，為全球研究人員提供了寶貴資源,，促成了多項新發(fā)現(xiàn),，如神經元間的獨特“螺紋狀”連接和單軸突形成的多重突觸，這些新知或能解釋大腦對特定刺激的快速響應機制,。項目領導者杰夫·利希特曼教授指出,，數據集中包含的諸多未解之謎，正引領科學探索進入新的領域,。

(責任編輯：張蕾)

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