研究人員以驚人的細節繪製了人類大腦的一小部分割槽域圖。今天在《科學》雜誌1中描述的細胞圖譜，以及線上可用的圖譜，揭示了腦細胞（稱為神經元）之間連線的新模式，以及纏繞自身形成結的細胞，以及幾乎互為映象的神經元對。
這個 3D 地圖覆蓋了大約一立方毫米的體積，大約是整個大腦的百萬分之一，包含大約 57,000 個細胞和 1.5 億個突觸——神經元之間的連線。它包含了驚人的 1.4 PB（拍位元組）的資料。“這有點讓人感到渺小，”谷歌神經科學家 Viren Jain 說，他是該論文的合著者，位於加利福尼亞州山景城。“我們究竟要如何真正理解所有這些複雜性呢？”
大腦切片
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大腦碎片取自一位 45 歲女性，她在接受癲癇手術治療時提供了樣本。它來自大腦皮層，大腦皮層是大腦中參與學習、解決問題和處理感覺訊號的部分。該樣本浸泡在防腐劑中，並用重金屬染色，以便更容易觀察細胞。哈佛大學神經科學家 Jeff Lichtman 和他在馬薩諸塞州劍橋市的同事隨後將樣本切成大約 5,000 片——每片只有 34 奈米厚——可以使用電子顯微鏡成像。
Jain 的團隊隨後構建了人工智慧模型，能夠將顯微鏡影像拼接在一起，以 3D 重建整個樣本。“我記得這一刻，進入地圖，觀察這位女性大腦中的一個單獨的突觸，然後放大到數百萬畫素，”Jain 說。“這感覺有點像精神體驗。”
在詳細檢查模型時，研究人員發現了非常規的神經元，包括一些相互之間建立多達 50 個連線的神經元。“一般來說，你最多會在兩個神經元之間找到幾個連線，”Jain 說。在其他地方，該模型顯示神經元的卷鬚纏繞自身形成結。“以前沒有人見過這樣的東西，”Jain 補充道。
該團隊還發現了幾乎完全互為映象的神經元對。“我們發現了兩組神經元，它們的樹突會向兩個不同的方向傳送，有時會出現某種映象對稱，”Jain 說。目前尚不清楚這些特徵在大腦中起什麼作用。
需要校對員
該地圖非常龐大，以至於大部分尚未經過人工檢查，並且可能仍然包含拼接如此多影像的過程產生的錯誤。“已經‘校對’了數百個細胞，但這顯然只佔其中 50,000 個細胞的百分之幾，”Jain 說。他希望其他人會幫助校對他們感興趣的地圖部分。該團隊計劃製作來自其他人的大腦樣本的類似地圖——但他表示，未來幾十年內不太可能繪製出整個大腦的地圖。
西雅圖艾倫腦科學研究所主任 Hongkui Zeng 說：“這篇論文確實是人類皮層資料集的傑作。”她補充說，大量免費提供的資料將“使社群能夠更深入地研究人類皮層中的微迴路”。
更深入地瞭解皮層的工作原理可能會為如何治療一些精神和神經退行性疾病提供線索。賓夕法尼亞州立大學神經科學家 Yongsoo Kim 在赫爾希說：“這張地圖提供了前所未有的細節，可以揭示神經連線的新規則，並幫助破譯人腦的內部運作方式。”
本文經許可轉載，並於 2024 年 5 月 9 日首次發表。