浙江
人类大脑仅1立方毫米的组织中，隐藏着20万个神经元、4公里长的神经纤维和5.23亿个突触连接。50年前，DNA双螺旋发现者弗朗西斯·克里克曾断言“绘制如此微小区域的完整连接图是不可能的”。
然而，全球150多名科学家组成的团队耗时7年，通过MICrONS（皮层网络机器智能）项目，成功绘制出小鼠视觉皮层一立方毫米区域的“脑宇宙”全息图！这一成果发表于《自然》系列期刊，数据量达1.6PB（相当于22年高清视频），被誉为“神经科学的人类基因组计划”，为解码大脑功能与疾病治疗开辟了新纪元。
01 登月级项目，挑战不可能
MICrONS项目由美国情报高级研究计划局（IARPA）和BRAIN计划资助，集结艾伦研究所、普林斯顿大学、斯坦福大学等顶尖机构。研究目标直指神经科学终极难题：如何在细胞层面解析大脑结构与功能的对应关系？
项目选择小鼠视觉皮层为突破口。当小鼠观看电影和YouTube视频时，科学家记录其视觉皮层神经活动；随后，将相同区域脑组织切成2.5万层超薄切片（每层仅头发丝的1/400厚），用电子显微镜拍摄每层图像；最后，AI算法将海量数据重建为3D神经元网络。这一流程被称为“从动态功能到静态结构的全息映射”。
02 显微镜+人工智能=壮观的神经森林
贝勒医学院和斯坦福大学的科学家首先使用专门的显微镜记录了小鼠在观看各种电影和YouTube 视频时其视觉皮层一立方毫米部分的大脑活动。随后，艾伦研究所的研究人员取出同样大小的大脑，将其切成 25,000 多层，每层宽度为人类头发的 1/400，并使用一系列电子显微镜拍摄每片的高分辨率照片。最后，普林斯顿大学的另一个团队使用人工智能和机器学习将细胞和连接重建为 3D 体积。结合大脑活动记录，结果是迄今为止最大的大脑接线图和功能图，包含200,000多个细胞、4 公里长的轴突（延伸到其他细胞的分支）和5.23 亿个突触（细胞之间的连接点）。
“在那微小的斑点内部，隐藏着一整套结构，如同一片精致的森林，”资深研究员、电子显微镜连接组学早期奠基人之一、医学博士、哲学博士Clay Reid说道，他于13年前将这一科学领域引入了艾伦研究所。“它包含了我们从神经科学各个领域了解到的各种连接规则。在重建过程中，我们可以检验旧理论，并希望发现一些前所未有的新事物。”
03 重新审视大脑功能和组织
这些研究结果揭示了新的细胞类型、特征、组织和功能原理，以及一种新的细胞分类方法。其中最令人惊奇的发现之一是发现了大脑内一种新的抑制原理。了解大脑的形态和功能，并能够以前所未有的规模分析神经元之间的详细连接，为研究大脑和智力开辟了新的可能性。这也对阿尔茨海默病、帕金森病、自闭症和精神分裂症等与神经通讯中断有关的疾病具有重要意义。
“从很多方面来说，这都代表着未来，”贝勒医学院和斯坦福大学参与该项目的首席科学家之一Andreas Tolias博士解释说。“MICrONS 将成为一个里程碑，我们将在此构建涵盖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。”
新闻来源：ScienceDaily
论文参考：DOI:10.1038/s41586-025-08790-w
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