呂惠

近日，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，人類的大腦是有史以來(lái)最復(fù)雜的“計(jì)算機(jī)”，而繪制這種由神經(jīng)元、突觸和其他細(xì)胞組成的密集糾結(jié)圖幾乎是不可能的。但是谷歌和哈佛的工程師們已經(jīng)制作了一個(gè)可瀏覽、可搜索的人類大腦皮層的一小部分的3D“地圖”。

大約有860億個(gè)神經(jīng)元通過(guò)100萬(wàn)億個(gè)突觸進(jìn)行連接，要弄清楚它們中的每一個(gè)究竟是做什么的，以及這些連接是如何形成思想、情感、記憶、行為和意識(shí)的基礎(chǔ)，這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。盡管如此，世界各地的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)正在努力合作，試圖建立一個(gè)人類大腦的線路圖——所謂的“連接組”。

2020年，谷歌和霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所的研究人員用一個(gè)果蠅大腦連接組鋪平了道路，該連接組包括了昆蟲全腦的一半左右。現(xiàn)在，谷歌和哈佛大學(xué)的利希特曼實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)發(fā)布了一個(gè)類似人類大腦小部分的模型。

研究人員從人類大腦皮層的顳葉開始取樣，尺寸僅為1mm。這個(gè)樣本被染色以獲得視覺(jué)清晰度，并被涂上樹脂以保存，然后被切成大約5300個(gè)切片，每個(gè)切片的厚度約為30nm。然后使用掃描電子顯微鏡對(duì)這些切片進(jìn)行成像，其分辨率低至4nm。這創(chuàng)造了2.25億張二維圖像，然后將它們拼接成一個(gè)三維體積。

機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)樣本進(jìn)行掃描，以識(shí)別其中的不同細(xì)胞和結(jié)構(gòu)。在不同的自動(dòng)系統(tǒng)掃描了幾遍之后，人眼“校對(duì)”了一些細(xì)胞，以確保算法能夠正確識(shí)別它們。最終的結(jié)果，谷歌稱之為H01數(shù)據(jù)集，是有史以來(lái)編制的最全面的人類大腦地圖之一。它包含5萬(wàn)個(gè)細(xì)胞和1_3億個(gè)突觸，以及細(xì)胞的較小部分，如軸突、樹突、髓鞘和纖毛。但最令人震驚的統(tǒng)計(jì)數(shù)字是，整個(gè)東西占用了1.4PB的數(shù)據(jù)，也就是超過(guò)了100萬(wàn)GB，而這只是整個(gè)事情的一個(gè)小片段。谷歌表示，該樣本只是整個(gè)人類大腦體積的百萬(wàn)分之一。顯然，要擴(kuò)大規(guī)模需要大量的工作，還找到一種方法來(lái)存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，并開發(fā)一種訪問(wèn)它的方法。

H01數(shù)據(jù)集現(xiàn)在可以在線提供給研究人員和好奇的旁觀者探索，這項(xiàng)工作的配套預(yù)印本論文也可以在bioRxiv上找到。