研究人员以惊人的细节绘制了人类大脑的一小部分区域图。今天在《科学》杂志1中描述的细胞图谱，以及在线可用的图谱，揭示了脑细胞（称为神经元）之间连接的新模式，以及缠绕自身形成结的细胞，以及几乎互为镜像的神经元对。
这个 3D 地图覆盖了大约一立方毫米的体积，大约是整个大脑的百万分之一，包含大约 57,000 个细胞和 1.5 亿个突触——神经元之间的连接。它包含了惊人的 1.4 PB（拍字节）的数据。“这有点让人感到渺小，”谷歌神经科学家 Viren Jain 说，他是该论文的合著者，位于加利福尼亚州山景城。“我们究竟要如何真正理解所有这些复杂性呢？”
大脑切片
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大脑碎片取自一位 45 岁女性，她在接受癫痫手术治疗时提供了样本。它来自大脑皮层，大脑皮层是大脑中参与学习、解决问题和处理感觉信号的部分。该样本浸泡在防腐剂中，并用重金属染色，以便更容易观察细胞。哈佛大学神经科学家 Jeff Lichtman 和他在马萨诸塞州剑桥市的同事随后将样本切成大约 5,000 片——每片只有 34 纳米厚——可以使用电子显微镜成像。
Jain 的团队随后构建了人工智能模型，能够将显微镜图像拼接在一起，以 3D 重建整个样本。“我记得这一刻，进入地图，观察这位女性大脑中的一个单独的突触，然后放大到数百万像素，”Jain 说。“这感觉有点像精神体验。”
在详细检查模型时，研究人员发现了非常规的神经元，包括一些相互之间建立多达 50 个连接的神经元。“一般来说，你最多会在两个神经元之间找到几个连接，”Jain 说。在其他地方，该模型显示神经元的卷须缠绕自身形成结。“以前没有人见过这样的东西，”Jain 补充道。
该团队还发现了几乎完全互为镜像的神经元对。“我们发现了两组神经元，它们的树突会向两个不同的方向发送，有时会出现某种镜像对称，”Jain 说。目前尚不清楚这些特征在大脑中起什么作用。
需要校对员
该地图非常庞大，以至于大部分尚未经过人工检查，并且可能仍然包含拼接如此多图像的过程产生的错误。“已经‘校对’了数百个细胞，但这显然只占其中 50,000 个细胞的百分之几，”Jain 说。他希望其他人会帮助校对他们感兴趣的地图部分。该团队计划制作来自其他人的大脑样本的类似地图——但他表示，未来几十年内不太可能绘制出整个大脑的地图。
西雅图艾伦脑科学研究所主任 Hongkui Zeng 说：“这篇论文确实是人类皮层数据集的杰作。”她补充说，大量免费提供的数据将“使社区能够更深入地研究人类皮层中的微回路”。
更深入地了解皮层的工作原理可能会为如何治疗一些精神和神经退行性疾病提供线索。宾夕法尼亚州立大学神经科学家 Yongsoo Kim 在赫尔希说：“这张地图提供了前所未有的细节，可以揭示神经连接的新规则，并帮助破译人脑的内部运作方式。”
本文经许可转载，并于 2024 年 5 月 9 日首次发表。