华盛顿（美联社）——感谢一只观看了《黑客帝国》片段的小鼠，科学家们创造了迄今为止最大的大脑功能图谱——一份记录了 84,000 个神经元之间如何传递信息的连接图。
研究的突破与意义
研究人员利用这只小鼠大脑中一块罂粟籽大小的组织，识别出了这些神经元，并通过分支状的纤维追踪了它们之间令人惊讶的5亿个连接点，即突触。这项研究于周三发表在《自然》杂志上，标志着科学家们在解开大脑工作原理的谜团方面迈出了重要一步。这些数据被组装成一个3D重建模型，并以颜色区分不同的脑部回路，向全球科学家开放，供他们进行进一步的研究，甚至供那些单纯好奇的人一探究竟。
艾伦脑科学研究所（Allen Institute for Brain Science）的主要研究人员之一 Forrest Collman 表示：“这绝对会激发一种敬畏之情，就像看星系的照片一样。你会感受到自己的复杂性。我们正在观察小鼠大脑的一个微小部分，以及在这些真实神经元及其数亿个连接中所能看到的壮丽和复杂性。”
神经元网络与大脑功能
我们的思考、感觉、观察、说话和行动都源于大脑中的神经元，或者说神经细胞——它们如何被激活以及如何相互传递信息。科学家们早就知道，这些信号沿着被称为轴突和树突的纤维从一个神经元传递到另一个神经元，并利用突触跳到下一个神经元。但是，对于执行特定任务的神经元网络，以及这种连接的中断如何在阿尔茨海默病、自闭症或其他疾病中发挥作用，我们知之甚少。
艾伦研究所的科学家 Clay Reid 帮助开创了利用电子显微镜研究神经连接的方法，他表示：“你可以对脑细胞如何工作提出一千个假设，但除非你知道也许是最基本的事情——这些细胞是如何连接在一起的，否则你无法验证这些假设。”
研究方法与技术
在这个新项目中，由150多名研究人员组成的全球团队绘制了神经连接图谱，Collman 将这些连接比作缠绕在小鼠大脑负责视觉的部分的意大利面条。
第一步：向小鼠展示科幻电影、体育、动画和自然视频片段。
贝勒医学院（Baylor College of Medicine）的一个团队正是这样做的，他们使用了一种基因工程小鼠，这种小鼠的神经元在活跃时会发光。研究人员使用激光显微镜记录了动物视觉皮层中的单个细胞在处理闪过的图像时如何发光。
接下来，艾伦研究所的科学家分析了这一小块大脑组织，使用一种特殊的工具将其切割成 25,000 多层，每一层都比人类的头发细得多。他们使用电子显微镜拍摄了这些切片的近 1 亿张高分辨率图像，照亮了那些意大利面条状的纤维，并费力地以 3D 形式重新组装了数据。
最后，普林斯顿大学（Princeton University）的科学家使用人工智能来追踪所有这些连接，并“将每根单独的线涂上不同的颜色，以便我们可以单独识别它们，”Collman 解释说。
研究结果与潜在应用
他们估计，如果将这些微观连接展开，将超过 3 英里（5 公里）。重要的是，将所有这些解剖结构与小鼠观看电影时的大脑活动相匹配，使研究人员能够追踪电路的工作方式。
普林斯顿大学的研究人员还创建了数据的数字 3D 副本，供其他科学家在开发新研究时使用。
这种绘图是否能帮助科学家最终找到治疗脑部疾病的方法？研究人员称这是一个基础性的步骤，就像人类基因组计划提供了第一个基因图谱，最终导致了基于基因的治疗方法一样。绘制完整的小鼠大脑是下一个目标。
该项目的另一位主要研究人员、普林斯顿大学神经科学家和计算机科学家 Sebastian Seung 在一份声明中表示：“该项目开发的技术将使我们首次有机会真正识别出导致疾病的某种异常连接模式。”
哈佛大学的神经科学家 Mariela Petkova 和 Gregor Schuhknecht（他们没有参与该项目）写道，这项工作“标志着向前迈出了一大步，并为未来的发现提供了一个宝贵的社区资源。”
他们补充说，庞大且公开共享的数据“将有助于解开认知和行为背后的复杂神经网络。”
资金支持
皮层网络机器智能联盟（MICrONS）由美国国立卫生研究院的 BRAIN 计划和情报高级研究计划活动（IARPA）资助。
