科学家绘制出迄今为止最大的大脑功能图谱

科学家们完成了一项曾经被认为不可能的任务，创建了迄今为止最大的大脑功能图谱，他们认为这项工作最终可能会导致发现治疗阿尔茨海默病和帕金森病等难治性脑部疾病的药物。

利用一小块老鼠的大脑（大小不超过一粒沙子），来自三个机构的科学家们创建了详细的神经元连接线路图，展示了神经元在大脑中传递信息的方式。这个项目被称为“从皮层网络中获取机器智能”（MICrONS），提供了前所未有的关于大脑功能和组织结构的见解，有助于揭开智力的秘密。

参与协调该项目的科学家大卫·马科维茨表示，这些数据于4月9日在《自然》杂志上发表，标志着“神经科学的一个分水岭时刻，其变革潜力可与人类基因组计划相媲美”。

如果让一只老鼠看YouTube

在这项研究中，科学家们观察了老鼠大脑中一个叫做新皮质的小部分，这部分负责接收和处理视觉信息。研究人员称，从进化角度来看，这是大脑中最新的部分，区分了哺乳动物与其他动物的大脑。

休斯顿贝勒医学院的研究团队首先记录了一只老鼠视觉皮层中大约一粒盐大小区域的脑活动，而它正在观看一系列YouTube视频和电影片段。随后，西雅图艾伦研究所的研究人员将这块老鼠的大脑切成超过25,000层，每层厚度仅为人类头发宽度的一小部分，并通过显微镜拍摄了高分辨率照片。这些材料被送往新泽西州普林斯顿大学的团队，他们使用人工智能技术将其重建为三维图像。

其他科学家将这种方法比作理解汽车的内燃机。“就像发动机由活塞、气缸和燃油系统组成一样，大脑由神经元和突触——神经元之间通信的微小专门连接——组成。”两位哈佛大学的研究人员在《自然》文章的附文中写道。

该研究的数据集包含84,000个神经元、5亿个突触和足以延伸纽约中央公园长度近1.5倍的神经线路。分子生物学家玛丽埃拉·佩特科娃和格雷戈尔·舒克内希特写道。

研究发现已经揭示了新的细胞类型、特征和分类方法，研究人员说。这一成就也使科学家们更接近他们的更大目标——绘制整个老鼠大脑的线路图。

“在那微小的一点中，有一个像精致森林一样的完整架构。”克莱·里德是一位帮助开创这一研究领域的高级研究员，他在一份声明中说。“它包含了各种连接规则，这些规则我们从神经科学的各个部分都已了解。在重建本身中，我们可以测试旧理论，并希望找到以前从未见过的新事物。”

为什么这很重要

研究人员将线路图视为基础步骤，科学家们可以在此基础上继续构建，并最终可能用于寻找治疗阿尔茨海默病、帕金森病和精神分裂症等脑部疾病的方法。

他们将这项研究与人类基因组计划进行了比较，后者创建了每个人类细胞DNA的第一个完整图谱。人类基因组计划已经在药物发现、治疗方法和疾病筛查方面取得了重大进展，并为某些癌症的革命性基因疗法铺平了道路。

有了大脑的功能图谱，研究人员现在有能力理解大脑的形式和功能，并开辟了新的途径来研究智力。

艾伦研究所的副研究员努诺·达科斯塔将他们收集的数据描述为“一种谷歌地图”，涵盖了视觉皮层的一部分。“如果你有一台坏了的收音机并且有电路图，你就能更好地修复它。”他在一份声明中说。“将来，我们可以用这个来比较健康老鼠的大脑线路和疾病模型的大脑线路。”

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