研究首次展示大腦海量高清細節(jié) 神經(jīng)網(wǎng)絡織就的納米級圖譜

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2024-05-12 13:25:24 網(wǎng)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(jié)構(gòu)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(jīng)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(shù)據(jù)量驚人，達1.4PB,。計算神經(jīng)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(nèi)的神經(jīng)元及其連接的3D視圖,，神經(jīng)元根據(jù)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(nèi)部的復雜構(gòu)造,。此圖譜的發(fā)布,，使得科學家能在納米尺度上追蹤神經(jīng)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(shù)據(jù)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(jīng)元間的錯綜復雜連接網(wǎng)路,，每個神經(jīng)元與成百上千其他神經(jīng)元相聯(lián),，構(gòu)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(jīng)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(gòu)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(wǎng)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(jīng)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(shù)據(jù)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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