鼠标脑研究增强了对人类思想的理解

Google研究人员刚刚揭开了人类大脑的详细详细地图，重点是一块很小而重要的作品：只有1立方毫米的脑组织，大约只有一半的米饭。这张地图需要惊人的1.4之前的数据来编码，并以显着的清晰度展示了单个神经元及其复杂的连接。

即使这是大脑的小部分，该地图也导致了一些惊人的发现。 Google研究科学家Viren Jain说：“例如，我们注意到一些神经线在这些巨大的结中扭曲。” “我们对为什么会发生这种情况毫无疑问 - 这是以前从未见过的。”

现在，Viren和他的团队将注意力转移到了老鼠的大脑上，这是出于令人信服的原因。这些小型哺乳动物可能只是解锁我们自己思想中一些最深刻的奥秘的钥匙。诸如：我们如何存储和检索回忆的问题？我们如何识别对象和面孔？为什么我们需要这么多睡眠？在阿尔茨海默氏症和其他脑部疾病等疾病中有哪些故障？

Viren解释说：“我们缺乏这些问题的答案的主要原因是，我们仍然缺少研究大脑的关键数据。”

人类大脑具有860亿个神经元和超过100万亿的突触，是我们与世界的思想，情感，运动和互动背后的复杂机制。通过映射这些神经连接或“ Connectome”，我们可以深入了解我们的大脑的功能以及它们有时不作用的原因。

在突触级别上创建详细的地图并不是很小的壮举。它需要以纳米分辨率和处理大量数据的处理来对大脑进行成像。这是一个技术挑战，需要在成像，AI算法和数据管理工具中进行连续创新。这就是为什么十年前的Google Research建立了连接组团队的原因。

在过去的十年中，该团队在开发技术以更有效地处理，分析和共享数据方面取得了长足的进步，从而显着加速了我们对大脑的理解。例如，他们引入了洪水泛滥的网络，该网络可以使用机器学习自动化脑图像的神经元的追踪，从而消除了对手动着色的需求。他们还开发了SEGCLR算法，以自动识别这些网络中细胞和细胞类型的不同部分。此外，他们创建了TensorStore和Neurooglancer之类的软件，以帮助存储，处理和可视化大型的多维图像和卷。

但是，映射整个人脑连接仍然是一个遥远的目标。这将需要分析数据的数据（十亿吨），目前超出了我们的技术影响力。 Viren承认：“现在绘制整个人类大脑将需要数十亿美元和数百年的时间。”

结果，研究人员专注于绘制较大的较小动物的大脑或较小动物大脑的较小部分。 2020年，连接组团队成功地绘制了一半的果蝇大脑，从而揭示了25,000个神经元的连接。与其他研究人员的合作还导致创建了斑马鳍和斑马鱼幼虫大脑部分的连接组。 5月，人类脑组织的1立方毫米的详细地图发表在科学上。

这些项目的数据集已被全球成千上万的研究人员使用，导致数百个已发表的发现。

研究人员在一小部分人脑组织中构建了几乎每个神经元及其连接的3D图像。顶部图像显示兴奋性神经元，以黄色照亮，而底部图像显示抑制性神经元，以蓝色突出显示。

Connectomics团队目前正在与哈佛，普林斯顿和其他机构的合作伙伴合作，以绘制鼠标的海马 - 负责记忆形成，注意力和空间导航的大脑区域，占整个鼠标大脑的2-3％。

没有绘制整个人脑的手段，分析小鼠连接组是实用的下一步。它足够小，可以可行，并且可以产生适用于人类大脑的见解。哈佛大学分子和细胞生物学教授杰夫·W·利希特曼（Jeff W. Lichtman）说：“当您在电子显微镜下检查小鼠大脑时，它看起来与人脑非常相似。它本质上是一个微型版本。”这就是为什么小鼠经常用于研究人脑疾病的原因。

小鼠代表了连接组学的最新边界，但是神经科学家数十年来一直在绘制越来越复杂的大脑。第一个连接组是蠕虫的大脑，经过16年的工作，于1986年出版。

即使小鼠大脑比人脑小1000倍，但它仍然是一个巨大的技术挑战。来自单个小鼠脑连接组的数据集以纳米分辨率是有史以来最大的生物数据集，估计为20,000-30,000吨。

Viren指出：“将数据获取不仅是挑战，而且可以准确处理它是另一个障碍。” “我们的独特贡献是开发工具，以突破准确性的界限，并将其应用于越来越大的数据集。”

如果成功的话，连接小组的鼠标脑项目将是科学家首次绘制哺乳动物海马的一部分，并且是有史以来最大的大脑部分试图映射的。

Viren总结说：“基本研究非常有价值。” “让我兴奋的是，有一天的前景准确地理解了记忆的形成方式以及导致精神障碍或疾病的原因。但是，要实现这一目标，我们需要以几十年前就无法想象的方式继续发展技术。”