哺乳动物大脑最详连接图谱绘成

科技日报北京4月9日电 （记者张佳欣）由150余名神经科学家参与的“大脑皮层网络机器智能”（MICrONS）项目，在9日的《自然》系列期刊上发表十篇论文，公布了迄今最详尽的哺乳动物大脑连接图谱。根据一粒沙大小的脑区就能绘制神经元连接、形态与功能图谱不仅是一项科学奇迹，更是迈向理解思维、情感和意识神秘起源的关键一步。

40多年前，分子生物学家弗朗西斯·克里克断言“解析立方毫米大脑组织连接图谱是不可能的任务”。如今，这一预言正被全球科学家团队逐步打破。协调这项工作的美国情报高级研究计划局（IARPA）前项目经理戴维·A·马科维茨表示，此次进展是“神经科学领域的一个分水岭，其变革潜力堪比人类基因组计划”。

美国贝勒医学院科学家首先利用专门的显微镜，记录了小鼠视觉皮层一立方毫米区域在观看各种电影和视频片段时的大脑活动。随后，艾伦研究所的研究人员取下这一立方毫米的大脑组织，将其切成25000多层，每层厚度仅为人类发丝的1/400，并使用一系列电子显微镜对每一层进行高分辨率成像。最后，普林斯顿大学的另一个团队利用人工智能和机器学习技术，将这些细胞和连接重建为三维图像。

结合大脑活动记录，研究团队绘制出迄今最大的大脑连接图谱和功能图谱，其中包含20多万个细胞、4公里长的轴突（延伸至其他细胞的分支）以及5.23亿个突触（细胞间的连接点）。

该连接图谱及其数据现可通过MICrONS Explorer免费获取。其数据量达1.6拍字节，相当于22年不间断录制的高清视频所产生的数据量总和，为人们提供了前所未有的关于大脑功能和视觉系统组织结构的知识。

研究揭示了新的细胞类型、特征、组织与功能原理，以及一种新的细胞分类方法。其中最令人惊讶的发现是，大脑中存在一种新的抑制原理。以往科学家认为，抑制性细胞仅单纯抑制其他细胞活动，但研究团队发现，抑制性细胞会针对兴奋性细胞进行高度选择性的交流，形成协调合作系统，有的会协同抑制多个兴奋性细胞，有的则更精准，只针对特定细胞。

这些成果为研究大脑与智能提供了新的可能性，还对理解涉及神经通信障碍的阿尔茨海默病、帕金森病、孤独症和精神分裂症等病症具有启示意义。