研究首次展示大腦海量高清細(xì)節(jié) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)織就的納米級(jí)圖譜

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2024-05-12 13:25:24 網(wǎng)易

近期,，哈佛大學(xué)與谷歌的科研團(tuán)隊(duì)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(dá)到了前所未有的納米級(jí)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(gè)細(xì)胞、230毫米長的血管及近1.5億個(gè)神經(jīng)突觸,，刷新了人類對(duì)大腦圖像的分辨率記錄,。

為了完成這一精細(xì)繪制，研究團(tuán)隊(duì)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(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù),，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(biāo)記，處理的數(shù)據(jù)量驚人,，達(dá)1.4PB。計(jì)算神經(jīng)科學(xué)家邁克爾·霍里利茲對(duì)此項(xiàng)工作的計(jì)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(lán)色的淺層至紫紅色的深層,，直觀展示了大腦內(nèi)部的復(fù)雜構(gòu)造。此圖譜的發(fā)布,，使得科學(xué)家能在納米尺度上追蹤神經(jīng)元與突觸的連接,，對(duì)于理解大腦運(yùn)作機(jī)制、信息處理與記憶存儲(chǔ)具有重要意義,。

這項(xiàng)研究成果已于5月9日在《Science》雜志上公諸于世,，相關(guān)數(shù)據(jù)及預(yù)印本早前在2021年已面世。此腦圖譜專注于細(xì)胞間連接的研究,，即“連接組學(xué)”,，揭示了大腦皮層約160億個(gè)神經(jīng)元間的錯(cuò)綜復(fù)雜連接網(wǎng)路，每個(gè)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(fù)雜系統(tǒng),。

研究團(tuán)隊(duì)面臨的首個(gè)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(shù)患者的活體組織,。樣本經(jīng)過特殊處理并精細(xì)切割，再通過特制電子顯微鏡成像,。后續(xù)的計(jì)算過程尤為艱巨,，需將海量切片精確對(duì)齊，重構(gòu)三維連接,，任何微小誤差都會(huì)導(dǎo)致連鎖反應(yīng),，影響整個(gè)連接網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確性。

此突破性圖像現(xiàn)可通過Neuroglancer平臺(tái)免費(fèi)訪問，為全球研究人員提供了寶貴資源,，促成了多項(xiàng)新發(fā)現(xiàn),，如神經(jīng)元間的獨(dú)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(duì)特定刺激的快速響應(yīng)機(jī)制,。項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)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(lǐng)科學(xué)探索進(jìn)入新的領(lǐng)域,。

(責(zé)任編輯：張蕾)

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