2.5英里的神经元：世界上最复杂的大脑图谱将结构与思维联系起来

从一块比一粒沙子还小的脑组织开始，最终取得了一项曾经被认为是不可能的科学成就。

从一块比一粒沙子还小的脑组织开始，最终取得了一项曾经被认为是不可能的科学成就。一个全球研究团队公布了迄今为止最复杂的哺乳动物大脑接线图。

这项工作由MICrONS（来自皮质网络的机器智能）项目领导，提供了小鼠部分视觉皮层的高分辨率3D地图 —— 重新定义了我们对大脑结构和功能的了解。

这些数据总量达到惊人的1.6 PB（拍字节），包含了超过20万个细胞的电活动，2.5英里（4公里）长的分支轴突，以及超过5亿个突触连接。这个数字重建，可以通过MICrONS Explorer免费获取，标志着神经科学的一个转折点。

“MICrONS的进展是神经科学的一个分水岭，其变革潜力堪比人类基因组计划，”这项工作的协调员戴维·a·马科维茨（David a . Markowitz）说。

从切片到突触：大脑地图的制作

这项大胆的尝试需要普林斯顿大学、艾伦研究所和贝勒医学院等顶尖机构的密切合作。这一切都始于科学家们在观察老鼠观看精选视频蒙太奇时，观察老鼠视觉皮层的神经活动。

然后，艾伦研究所将这部分脑组织切成25000多个超薄切片，每一个都比人的头发还薄，然后用电子显微镜对其进行成像。普林斯顿大学的人工智能专家使用先进的机器学习算法来追踪和重建模型细胞结构的神经元和突触布线，并将其编译成一个三维模型。

高级研究员克莱·里德（Clay Reid）说：“在这个微小的斑点里，是一座完整的建筑，就像一座精美的森林。”“它有各种各样的连接规则，我们从神经科学的各个部分知道，在重建本身，我们可以测试旧的理论，并希望找到以前没有人见过的新东西。”

最引人注目的发现之一是对抑制性神经元功能的全新理解。之前被认为只会减少大脑活动的这些神经元被证明是非常有选择性的 —— 一些神经元协同工作来抑制整个兴奋性细胞，而另一些神经元实际上只专注于一种细胞。这种复杂形式的约束和反约束揭示了在神经层面的协调方面意想不到的平衡，颠覆了长期建立的关于大脑信息处理的理论。

描绘神经科学的未来

“这在很多方面都是未来，”首席科学家之一安德烈亚斯·托利亚斯（Andreas Tolias）解释说。“MICrONS将成为一个里程碑，我们将在这里建立跨越多个分析层面的大脑基础模型，从行为层面到神经活动的表征层面，甚至到分子层面。”

除了解开思维的结构，这项研究可能为诊断和治疗与大脑有关的疾病，如阿尔茨海默氏症、自闭症和精神分裂症，打开新的大门。通过提供健康脑组织的“电路图”，科学家们可以开始将其与疾病模型进行比较，确定通信发生故障的地方。

“如果你有一台坏了的收音机，你有电路图，你就能更好地修理它。艾伦研究所的副研究员Nuno da Costa说。“我们正在描述这粒沙子的一种谷歌地图或蓝图。在未来，我们可以用它来比较健康老鼠的大脑线路和疾病模型中的大脑线路。”

这项研究发表在《自然》杂志上。

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