1000億個神經元、500萬億個突觸,以及氨基酸、多肽和蛋白質所構成的神經遞質等多種複雜因子存在于人類腦部。正是由此,腦科學被稱為人類的“終極疆域”,要叩響這扇大門尤為困難。21世紀以來,随着研究方法與研究手段的突破,人們逐漸找到了方向。如今,腦科學已成為科學研究的最熱門領域之一,吸引無數科學家投身這一領域。
近日,東南大學腦科學與智能技術研究院在單細胞精度全腦映射領域取得重要進展,相關成果以“Cross-modal coherent registration of whole mouse brains”為題,在線發表于國際方法學頂級期刊Nature Methods。該項目由東南大學腦科學與智能技術研究院牽頭,聯合中美兩國頂尖高校、科研院所完成。
(mBrainAligner用于跨模态圖像配準、大腦輪廓繪制、全腦完整形态神經元重建數據映射、fMOST鼠腦圖譜建立的總體流程)
全腦神經元映射和解析是腦科學研究的重要方向,近年來全腦成像數據正以前所未有的速度增加,但是高精度跨模态腦配準仍然是一個巨大挑戰。針對上述難題,東南大學課題團隊構建了跨模态圖像配準管線——mBrainAligner,以系統化應對模式生物跨模态腦配準挑戰。并與騰訊公司研究人員緊密合作,研發了在線多模态數據配準平台,已提供給世界範圍内研究人員使用。mBrainAligner将持續為“中國腦計劃”中多類模式生物腦圖譜構建及相關神經生物學研究提供支撐。
2021年9月,科技部網站正式發布科技創新2030“腦科學與類腦研究”重大項目2021年度項目申報指南的通知,涉及59個研究領域和方向,國家撥款經費概算31.48億元。指南的發布标志着醞釀6年多的中國腦計劃項目正式啟動。中國腦計劃自從2014年宣布以來,就備受各界關注。預計,未來中國腦計劃整體規模有望達到百億甚至千億級,比肩美國腦計劃。
向自然科學“終極疆域”發起挑戰,深入探索和理解人腦的奧秘,跨過機器與人的“最後一道界限”,使機器最終達到人類智能水平,是東南大學腦科學研究工作者的遠大夢想。
此前,學校多個單位從事腦科學及相關領域研究——
2018年,東南大學成立“腦科學與智能技術研究院”,學校整合現有腦科學研究力量,并與美國艾倫腦研究所等多家著名機構合作,定位腦科學前沿領域、為全世界提供腦科學大數據資源, 将腦智能應用達到國際領先水平。研究院一成立,就彙聚了來自工程學、生命科學、信息與計算機科學、人工智能等多個學科的 50 多位博士,他們加入這個機構,緻力于探索腦科學的奧秘。
近期以來,腦科學與智能技術研究院已經在腦圖譜以及全腦神經元的形态多樣性取得重要成就。2021年10月,Nature主刊在線發表東南大學團隊科研成果,文章報道了目前全世界最大的1741鼠腦神經元數據集,有力地證明了量化的完整單細胞解剖學分析對神經細胞類型鑒定是至關重要的。此外,在Nature同期發表的兩篇文章 “A multimodal cell census and atlas of the mammalian primary motor cortex(哺乳動物初級運動皮層的多模式細胞普查和圖譜)”,“Cellular anatomy of the mouse primary motor cortex(小鼠初級運動皮層的細胞解剖)”,東南大學團隊都為腦神經元重建與數據智能分析做出了重要貢獻,為文章的共同作者。
科學研究尤為複雜,要想破解人類大腦的“秘密”或許還需要時間。但我們能看到的是面對腦科學這一“人類的終極疆域”,諸多探索者都駛出了自己的方舟。大腦工作機制的探索、基于腦科學的新型智能技術、智能技術在腦科學中的應用、人機交互智能技術、醫學影像大數據等腦科學前沿領域和無數未解的難題,深深地吸引着東大科研人前去探索,學校也将繼續努力探索自然科學奧秘,以期為科技的發展與進步做出更大貢獻!
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