從一塊比一粒沙子還小的腦組織開始，最終取得了一項曾經被認為是不可能的科學成就。

從一塊比一粒沙子還小的腦組織開始，最終取得了一項曾經被認為是不可能的科學成就。一個全球研究團隊公佈了迄今為止最複雜的哺乳動物大腦接線圖。

這項工作由MICrONS（來自皮質網路的機器智慧）項目領導，提供了小鼠部分視覺皮層的高解析度3D地圖 —— 重新定義了我們對大腦結構和功能的瞭解。

這些數據總量達到驚人的1.6 PB（拍位元組），包含了超過20萬個細胞的電活動，2.5英里（4公里）長的分支軸突，以及超過5億個突觸連接。這個數位重建，可以通過MICrONS Explorer免費獲取，標誌著神經科學的一個轉捩點。

“MICrONS的進展是神經科學的一個分水嶺，其變革潛力堪比人類基因組計劃，”這項工作的協調員大衛·a·馬科維茨（David a . Markowitz）說。

從切片到突觸：大腦地圖的製作

這項大膽的嘗試需要普林斯頓大學、艾倫研究所和貝勒醫學院等頂尖機構的密切合作。這一切都始於科學家們在觀察老鼠觀看精選視頻蒙太奇時，觀察老鼠視覺皮層的神經活動。

然後，艾倫研究所將這部分腦組織切成25000多個超薄切片，每一個都比人的頭髮還薄，然後用電子顯微鏡對其進行成像。普林斯頓大學的人工智慧專家使用先進的機器學習演算法來追蹤和重建模型細胞結構的神經元和突觸布線，並將其編譯成一個三維模型。

高級研究員克萊·裡德（Clay Reid）說：“在這個微小的斑點里，是一座完整的建築，就像一座精美的森林。”“它有各種各樣的連接規則，我們從神經科學的各個部分知道，在重建本身，我們可以測試舊的理論，並希望找到以前沒有人見過的新東西。”

最引人注目的發現之一是對抑制性神經元功能的全新理解。之前被認為只會減少大腦活動的這些神經元被證明是非常有選擇性的 —— 一些神經元協同工作來抑制整個興奮性細胞，而另一些神經元實際上只專注於一種細胞。這種複雜形式的約束和反約束揭示了在神經層面的協調方面意想不到的平衡，顛覆了長期建立的關於大腦資訊處理的理論。

描繪神經科學的未來

“這在很多方面都是未來，”首席科學家之一安德列亞斯·托利亞斯（Andreas Tolias）解釋說。“MICrONS將成為一個里程碑，我們將在這裡建立跨越多個分析層面的大腦基礎模型，從行為層面到神經活動的表徵層面，甚至到分子層面。”

除了解開思維的結構，這項研究可能為診斷和治療與大腦有關的疾病，如阿爾茨海默氏症、自閉症和精神分裂症，打開新的大門。通過提供健康腦組織的“電路圖”，科學家們可以開始將其與疾病模型進行比較，確定通信發生故障的地方。

“如果你有一台壞了的收音機，你有電路圖，你就能更好地修理它。艾倫研究所的副研究員Nuno da Costa說。“我們正在描述這粒沙子的一種谷歌地圖或藍圖。在未來，我們可以用它來比較健康老鼠的大腦線路和疾病模型中的大腦線路。”

這項研究發表在《自然》雜誌上。