來源：生物通

一項(xiàng)由150多名科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的歷時多年的大規(guī)模項(xiàng)目繪制了迄今為止最詳細(xì)的視覺信息在大腦中傳播的地圖——揭示了一小塊鼠腦組織中超過5億個連接。

研究人員利用發(fā)光神經(jīng)元、高倍電子顯微鏡和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，捕捉到了20多萬個腦細(xì)胞的物理線路和實(shí)時電活動。由此產(chǎn)生的1.6拍字節(jié)的數(shù)據(jù)集不僅是一個技術(shù)奇跡——它使我們更接近于回答一些古老的問題：我們的大腦是如何將光轉(zhuǎn)化為視覺的，以及當(dāng)這個系統(tǒng)崩潰時，大腦疾病如何產(chǎn)生。

破解大腦的視覺密碼在由美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）資助的重大研究工作中，科學(xué)家們繪制了小鼠大腦中數(shù)十萬神經(jīng)元之間的連接，并記錄了它們對視覺輸入的反應(yīng)。通過將大腦的連接與實(shí)時活動相結(jié)合，這項(xiàng)工作為理解大腦如何處理視覺信息以形成我們看到的圖像奠定了關(guān)鍵基礎(chǔ)。

人腦通過大約860億個神經(jīng)元的快速電活動來處理信息，每個神經(jīng)元都是一個擁有數(shù)萬億連接的巨大網(wǎng)絡(luò)的一部分。我們的思考、感受和行動都根植于這些連接的結(jié)構(gòu)以及在毫秒間流動的電信號中。盡管這項(xiàng)新研究只關(guān)注大腦的一小部分，但它揭示了單個神經(jīng)元之間的聯(lián)系以及這些聯(lián)系如何貢獻(xiàn)于功能。這些見解有助于解釋大腦在健康狀態(tài)下的工作方式，以及在損傷或神經(jīng)疾病等情況下出了什么問題。

捕捉大腦的活動為了進(jìn)行這項(xiàng)研究，研究人員向經(jīng)過基因改造的小鼠展示了視頻片段，這些小鼠的神經(jīng)元在活躍時會發(fā)出光。這使得研究團(tuán)隊(duì)能夠記錄大腦視覺區(qū)域的神經(jīng)元活動模式，覆蓋的體積大約相當(dāng)于一粒沙子的大小。盡管體積很小，但該組織的復(fù)雜性令人驚嘆：約4公里長的軸突——這些纖細(xì)的纖維負(fù)責(zé)在神經(jīng)元之間傳遞信號——交織在一起，形成了超過5.24億個突觸，連接著20多萬個細(xì)胞。

構(gòu)建大腦的3D電路圖為了繪制這些連接，研究團(tuán)隊(duì)連續(xù)12天每天工作12小時，使用電子顯微鏡（EM）仔細(xì)切割并拍攝大腦組織的超薄切片。重建是接下來最具挑戰(zhàn)性的步驟，因?yàn)樗枰獪?zhǔn)確地將近2.8萬張EM圖像拼接在一起，以對齊穿過大腦組織體積的連接。

隨后，研究人員花費(fèi)數(shù)月時間使用深度學(xué)習(xí)算法追蹤這些連接，并進(jìn)行手動和自動校對。構(gòu)建并驗(yàn)證了解釋皮層視覺信息處理的深度學(xué)習(xí)預(yù)測模型?？傮w而言，為了創(chuàng)建這個微小的圖譜，收集到的數(shù)據(jù)量達(dá)到了1.6拍字節(jié)，相當(dāng)于連續(xù)播放22年的高清視頻。

神經(jīng)映射的新紀(jì)元這些成果出現(xiàn)在神經(jīng)元及其連接的圖譜越來越多地揭示大腦奧秘的時期。2023年，由美國國立衛(wèi)生研究院“通過推進(jìn)創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)開展大腦研究”計(jì)劃（NIH BRAIN Initiative）資助的研究繪制了小鼠大腦的第一個完整細(xì)胞圖譜，包括從超過3200萬個細(xì)胞中調(diào)查的類型和位置。去年，NIH BRAIN Initiative的“Flywire”項(xiàng)目完成了對普通果蠅大腦的完整映射，展示了完整映射整個大腦的獨(dú)特價(jià)值。

本新聞稿中詳細(xì)描述的小鼠連接組數(shù)據(jù)可以通過MICrONS Explorer資源在線查看。

本項(xiàng)目的資金由智能高級研究項(xiàng)目活動的皮層網(wǎng)絡(luò)機(jī)器智能（MICrONS）計(jì)劃和NIH BRAIN計(jì)劃提供。這些發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《Nature》系列期刊上的10篇論文中，代表了世界各地150多名科學(xué)家7年多來的工作。

參考文獻(xiàn)

Inhibitory specificity from a connectomic census of mouse visual cortex

閱讀最新前沿科技趨勢報(bào)告，請?jiān)L問歐米伽研究所的“未來知識庫”

https://wx.zsxq.com/group/454854145828

未來知識庫是“ 歐米伽 未來研究所”建立的在線知識庫平臺，收藏的資料范圍包括人工智能、腦科學(xué)、互聯(lián)網(wǎng)、超級智能，數(shù)智大腦、能源、軍事、經(jīng)濟(jì)、人類風(fēng)險(xiǎn)等等領(lǐng)域的前沿進(jìn)展與未來趨勢。目前擁有超過8000篇重要資料。每周更新不少于100篇世界范圍最新研究資料。 歡迎掃描二維碼或訪問https://wx.zsxq.com/group/454854145828進(jìn)入。

截止到3月31日 ”未來知識庫”精選的百部前沿科技趨勢報(bào)告

（加入未來知識庫，全部資料免費(fèi)閱讀和下載）