最詳細(xì)的人腦內(nèi)部連接圖發(fā)布 展示了人腦神經(jīng)元間的連接模式

來源:中國科學(xué)報

大約有4000根神經(jīng)纖維連接到這個神經(jīng)元上。

研究人員繪制了迄今為止最詳細(xì)的人腦內(nèi)部連接圖,它展示了人腦神經(jīng)元間的連接模式。日,相關(guān)論文發(fā)布于預(yù)印本臺bioRxiv。

這張圖可以在網(wǎng)上免費獲得,其中包括5萬個細(xì)胞,全部以三維形式呈現(xiàn)。它們由上億根蜘蛛絲般的卷須連接在一起,形成了1.3億個突觸連接。該數(shù)據(jù)集有1.4拍字節(jié),約為計算機存儲容量的700倍。

論文作者之一、美國加州山景城谷歌研究中心的Viren Jain說,該數(shù)據(jù)集如此之大,以致研究人員還未能對其進行詳細(xì)研究。未參與該研究的哈佛大學(xué)的Catherine Dulac說,這是我們第一次看到如此大的人腦真實結(jié)構(gòu)。

該研究始于哈佛大學(xué)Jeff Lichtman團隊從一位45歲抗藥癲癇女患者身上獲得的一小片大腦?;颊呓邮芰艘瞥蠛qR體手術(shù)。手術(shù)中,外科醫(yī)生必須移除覆蓋在其海馬體上的一些健康腦組織。

Lichtman團隊立即將樣本浸泡在防腐劑中,然后用像鋨這樣的重金屬進行染色,以便每個細(xì)胞的外膜在電子顯微鏡下都可以看到。之后將樣本嵌入樹脂中使其變硬,進而切成約30納米厚的薄片(大約是人類頭發(fā)直徑的千分之一),并使每個薄片成像。此時,Jain團隊接手,組裝二維切片形成三維模型。他們使用機器學(xué)習(xí)重建了連接神經(jīng)元的卷須,并標(biāo)記了不同的細(xì)胞類型。

而所有這些細(xì)節(jié)展示的只是大腦的一小部分。“產(chǎn)生的整個數(shù)據(jù)集僅代表了1立方毫米大腦,通常是核磁共振掃描中的一個像素。”Jain說。但對Dulac來說,該數(shù)據(jù)集是“未來幾年的寶貴財富”。

研究小組還在大腦皮層深處發(fā)現(xiàn)了以前沒有觀察到的神秘神經(jīng)元對。Lichtman說:“兩個細(xì)胞在同一軸上指向相反方向。”

要繪制整個人腦圖需要1000倍的數(shù)據(jù)集,即澤字節(jié)。Lichtman提到,這相當(dāng)于全球一年產(chǎn)生的數(shù)字內(nèi)容的總和。但這樣做可能不值得。“我們可能會發(fā)現(xiàn),其中很多是來自經(jīng)驗的編碼信息,因此每個大腦都是不同的。”他說,如果不了解信息是如何存儲的,這些數(shù)據(jù)將無用處。

但有專家認(rèn)為,一個直接的好處是有助于探索有精神健康問題的人的大腦有何不同,以進一步闡明精神分裂癥等疾病是如何發(fā)生的。

標(biāo)簽: 人腦 內(nèi)部 連接圖 神經(jīng)元 連接模式

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