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人腦的結構與功能分布圖

生活更新时间:2025-02-28 12:22:15

人腦的結構與功能分布圖（史上最詳細人腦内部連接圖發布）1

大約有4000根神經纖維連接到這個神經元上。圖片來源：GoogleLichtman Laboratory

研究人員繪制了迄今為止最詳細的人腦内部連接圖，它展示了人腦神經元間的連接模式。近日，相關論文發布于預印本平台bioRxiv。

這張圖可以在網上免費獲得，其中包括5萬個細胞，全部以三維形式呈現。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。該數據集有1.4拍字節，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，該數據集如此之大，以緻研究人員還未能對其進行詳細研究。未參與該研究的哈佛大學的Catherine Dulac說，這是我們第一次看到如此大的人腦真實結構。

該研究始于哈佛大學Jeff Lichtman團隊從一位45歲抗藥性癫痫女性患者身上獲得的一小片大腦。患者接受了移除左海馬體手術。手術中，外科醫生必須移除覆蓋在其海馬體上的一些健康腦組織。

Lichtman團隊立即将樣本浸泡在防腐劑中，然後用像锇這樣的重金屬進行染色，以便每個細胞的外膜在電子顯微鏡下都可以看到。之後将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。他們使用機器學習重建了連接神經元的卷須，并标記了不同的細胞類型。

而所有這些細節展示的隻是大腦的一小部分。“産生的整個數據集僅代表了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，該數據集是“未來幾年的寶貴财富”。

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

要繪制整個人腦圖需要1000倍的數據集，即澤字節。Lichtman提到，這相當于全球一年産生的數字内容的總和。但這樣做可能不值得。“我們可能會發現，其中很多是來自經驗的編碼信息，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，這些數據将無用處。

但有專家認為，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症等疾病是如何發生的。（唐一塵）

來源：《中國科學報》

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