MICRONS專案中重建的部分腦細胞（神經元 + 神經膠質細胞）的子集。Forrest Collman/Allen Institute

4月9日，位於美國西雅圖的艾倫腦科學研究所（簡稱“艾倫研究所”）發佈消息稱，科學家完成迄今為止最大的大腦聯接和功能圖譜——皮層網路機器智慧 (MICrONS) 專案，並稱該項目被認為是有史以來最複雜的神經科學實驗。

10項相關研究成果於同一天在《自然》系列期刊上在線發表。相關新聞與觀點文章稱，MICrONS專案是“史上最全面的將哺乳動物腦結構與神經活動聯繫起來的數據集。”

實際上，這些研究聚焦於小鼠大腦中僅1立方毫米（約相當於一粒奇亞籽大小）的空間組織。

有評論稱，雖然僅代表大腦的很小一部分，但這一高解析度的聯接圖譜有助於描繪大腦的組織方式以及不同類型的細胞如何協同工作。

9日，未參與MICrONS研究項目的中國科學院腦科學與智慧技術卓越創新中心研究員杜久林向澎湃科技評論稱，這一系列傑出工作均基於美國MICrONS專案2021年前發佈的1立方毫米大腦視皮層的電鏡數據。1立方毫米相當於小鼠大腦的1/1000。鑒於神經聯接多源於遠端投射，1立方毫米腦區內重構的神經聯接大多無法追蹤到對應的突觸前或突觸后神經元。即便如此，這些數據的一個重要價值是用來“磨刀”——把電鏡數據的重構、分析等方法摸索出來、純熟起來，用以推進美國“腦計畫”2期的重點專案——在未來十年內，完成一個小鼠完整全腦的神經聯接圖譜。

杜久林研究員介紹，科學界仍在期盼第一份脊椎動物的全腦神經聯接圖譜的出爐。他領導的課題組和中國科學院自動化研究所韓華研究團隊自2018年開始通力合作，聚焦脊椎動物斑馬魚的全腦神經聯接圖譜。斑馬魚的全腦大小在1立方毫米左右，含約10萬個神經元、億級神經聯接，其優勢在於包括全腦所有腦區、所有神經元之間的聯接，為從全腦尺度解析脊椎動物大腦的神經聯接架構和組織規律提供了契機。

艾倫研究所發佈的前述消息稱，通過一塊不大於一粒沙子的微小組織樣本，科學家們已經接近曾經被認為無法實現的目標：構建部分大腦完整功能的接線圖。1979 年，著名分子生物學家法蘭西斯·克里克 (Francis Crick) 表示，“要為 1 立方毫米的大腦組織及其所有神經元的放電方式創建精確的接線圖是不可能的”。但在過去七年裡，一支由 150 多名神經科學家和研究人員組成的全球團隊讓這一目標更接近現實。 

美國貝勒醫學院的科學家首先使用專門的顯微鏡記錄了小鼠在跑步機上跑步和觀看YouTube視頻時視覺皮層一立方毫米區域的大腦活動。隨後，艾倫研究所的研究人員將同一立方毫米的大腦組織切成25,000多層，每層厚度為人類頭髮的1/400，並使用高通量電子顯微鏡對每片大腦拍攝高解析度照片。最後，普林斯頓大學的研究團隊使用人工智慧和機器學習將細胞和聯接重建為3D圖形。結合大腦活動記錄，他們繪製出了迄今為止最大的大腦接線圖和功能圖，其中包含超過200,000個細胞、約4公里長的軸突（延伸至其他細胞的分支）和5.23 億個突觸（細胞之間的聯接點）。 

小鼠視覺皮層與其他哺乳動物（包括人類）有不少相似之處，因而是一個有趣的研究物件，但這只是大腦的一個區域，而且還是很小的一部分。但作者指出，“儘管存在這些局限性，這項工作仍標誌著重大的進步，為學界未來的神經科學發現提供了寶貴的資源。”研究更完整迴路需要更廣泛、更全面的圖譜、甚或全腦聯接圖譜，而這需要聯接組學領域工具和方法的進步。