為(wei) 動物大腦繪製完整“接線圖”

　　新研究欲摸清“大腦中每條路、每棟房和每扇門”

　　【今日視點】

　　◎本報記者 張夢然

　　在過去的幾年裏，人們(men) 越來越清楚地看到，大腦的大多數計算實際上不是發生在孤立的區域，而是在整個(ge) 大腦的分布式網絡中。因此，如果我們(men) 真的要了解大腦計算是如何產(chan) 生的，就需要了解整個(ge) 網絡，也就是說，要看到整個(ge) 大腦的連接。

　　現在，哺乳動物大腦中所有連接的完整圖譜可能就在眼前。

　　美國艾倫(lun) 腦科學研究所(以下簡稱“艾倫(lun) 腦研所”)剛剛啟動了3個(ge) 新項目，以構建小鼠和獼猴大腦部分神經元連接的大型詳細圖譜，並著眼於(yu) 將來創建這些動物大腦的完整“接線圖”。這些項目均由美國國立衛生研究院(NIH)的“推進創新神經技術腦研究計劃”(BRAIN)計劃資助。

　　大腦中每條道路的“導航地圖”

　　第一項研究，先從(cong) 透射電子顯微鏡開始。

　　這是一種發射電子束穿過組織樣本以創建極其詳細的圖像的技術。現在，科學家要擴展和優(you) 化透射電子顯微鏡管道，然後使用該管道，以120納米分辨率，對小鼠大腦的整個(ge) 半球和皮質基底神經節丘腦環進行非常精細的細節成像，以更好地了解小鼠大腦的功能。

　　接著，研究人員就可以嚐試這項技術是否能進一步對整個(ge) 小鼠大腦成像——這是一項重大成就，能為(wei) 全球神經科學提供非常有價(jia) 值的路線圖。

　　艾倫(lun) 腦研所副研究員努諾·達·科斯塔博士指出，這對更廣泛的領域都將產(chan) 生巨大影響，因為(wei) 這就像“大腦中每條道路、每棟房屋和每扇門的導航地圖”，如果做得好，將是一項影響深遠的貢獻。

　　在幾年內(nei) 而不是百年內(nei) 完成

　　在第二個(ge) 項目中，科學家將通過追蹤軸突和樹突伸出並連接其他腦細胞時形成的“蜿蜒路徑”，去繪製全腦連接圖。

　　人們(men) 可以將它們(men) 想象成腦細胞的長臂和手指，從(cong) 細胞體(ti) 輻射出來，延伸到整個(ge) 大腦的其他細胞以創建網絡。而研究人員將使用一種名為(wei) BARseq的創新技術，追蹤這些複雜的路徑，BARseq代表通過測序解析的條形碼解剖結構。

　　它的工作原理是用獨特的RNA條形碼標記每個(ge) 細胞，使其在細胞群中脫穎而出。通過“連接每個(ge) 條形碼之間的點”，科學家可以追蹤腦細胞(即軸突和樹突)延伸的位置和距離。

　　這比當前其他技術更快、更高效，並且可以輕鬆與(yu) 其他數據結合。“實際上，我們(men) 可以在幾年而不是100年的時間內(nei) 繪製出整個(ge) 獼猴大腦的圖譜。”艾倫(lun) 腦研所助理研究員陳筱寅表示。

　　連接數據 共享成果

　　最後，將細胞類型與(yu) 全腦圖譜聯係起來，這是了解大腦功能的至關(guan) 重要的一環。因此，在第三個(ge) 項目中，研究人員就將致力於(yu) 通過擴展和共享技術來連接遺傳(chuan) 數據集，這些技術能測量小鼠整個(ge) 大腦中某兩(liang) 個(ge) 數據集共有的特征。

　　艾倫(lun) 腦研所使用的名為(wei) Patch-seq的方法，可生成多維數據，而新項目旨在增強這一能力，並通過自動化、機器視覺建模和先進的計算技術，從(cong) 全腦圖像中捕獲神經元的完整結構。

　　該項目還有一個(ge) 目標，就是更廣泛地與(yu) 研究人員分享成果，這樣，該領域的專(zhuan) 家們(men) 都能夠為(wei) 表征整個(ge) 小鼠大腦的細胞類型作出貢獻。

　　艾倫(lun) 腦研所神經解剖學副主任斯塔奇·索倫(lun) 森表示，通過基於(yu) 機器學習(xi) 的方法，人們(men) 可以創建這些深度神經網絡，使形態描述與(yu) 轉錄組學、連接組數據和遠程投影數據保持一致，而“到目前為(wei) 止，我們(men) 對所獲得的結果感到非常興(xing) 奮。我認為(wei) 其在細胞亞(ya) 類水平上尤其有效”。(科技日報)