科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣
由150余名神經(jīng)科學(xué)家參與的“大腦皮層網(wǎng)絡(luò)機(jī)器智能”（MICrONS）項(xiàng)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(dòng)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(xiàng)科學(xué)奇跡，更是邁向理解思維、情感和意識(shí)神秘起源的關(guān)鍵一步。
40多年前，分子生物學(xué)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(wù)”。如今，這一預(yù)言正被全球科學(xué)家團(tuán)隊(duì)逐步打破。協(xié)調(diào)這項(xiàng)工作的美國(guó)情報(bào)高級(jí)研究計(jì)劃局（IARPA）前項(xiàng)目經(jīng)理戴維·A·馬科維茨表示，此次進(jìn)展是“神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)分水嶺，其變革潛力堪比人類基因組計(jì)劃”。
美國(guó)貝勒醫(yī)學(xué)院科學(xué)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(shí)的大腦活動(dòng)。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(duì)每一層進(jìn)行高分辨率成像。最后，普林斯頓大學(xué)的另一個(gè)團(tuán)隊(duì)利用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，將這些細(xì)胞和連接重建為三維圖像。
結(jié)合大腦活動(dòng)記錄，研究團(tuán)隊(duì)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(wàn)個(gè)細(xì)胞、4公里長(zhǎng)的軸突（延伸至其他細(xì)胞的分支）以及5.23億個(gè)突觸（細(xì)胞間的連接點(diǎn)）。
該連接圖譜及其數(shù)據(jù)現(xiàn)可通過MICrONS Explorer免費(fèi)獲取。其數(shù)據(jù)量達(dá)1.6拍字節(jié)，相當(dāng)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(guān)于大腦功能和視覺系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)的知識(shí)。
研究揭示了新的細(xì)胞類型、特征、組織與功能原理，以及一種新的細(xì)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(xué)家認(rèn)為，抑制性細(xì)胞僅單純抑制其他細(xì)胞活動(dòng)，但研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，抑制性細(xì)胞會(huì)針對(duì)興奮性細(xì)胞進(jìn)行高度選擇性的交流，形成協(xié)調(diào)合作系統(tǒng)，有的會(huì)協(xié)同抑制多個(gè)興奮性細(xì)胞，有的則更精準(zhǔn)，只針對(duì)特定細(xì)胞。
這些成果為研究大腦與智能提供了新的可能性，還對(duì)理解涉及神經(jīng)通信障礙的阿爾茨海默病、帕金森病、孤獨(dú)癥和精神分裂癥等病癥具有啟示意義。
