《Science》纳米级分辨率绘制一片人类大脑之后，谷歌科学家惊讶了

谷歌的科学家们以纳米级的分辨率模拟了人类大脑碎片，揭示了以前未被发现的细胞特征。

　　

研究人员以惊人的细节绘制了人类大脑的一小部分。由此产生的细胞图谱今天在《Science》杂志上发表，并可在网上获得。图谱揭示了脑细胞神经元之间的新连接模式，以及围绕自身形成结的细胞，以及几乎互为镜像的成对神经元。

3D地图覆盖了大约一立方毫米的体积，是整个大脑的百万分之一，包含了大约57,000个细胞和1.5亿个突触——神经元之间的连接。它包含了1.4 pb的庞大数据。“这有点令人羞愧，”加州山景城谷歌的神经科学家、该论文的合著者Viren Jain说。“我们如何才能真正接受所有这些复杂性?”

大脑碎片

这块大脑碎片取自一名45岁的女性，当时她正在接受治疗癫痫的手术。它来自大脑皮层，这是大脑中负责学习、解决问题和处理感官信号的部分。样品浸泡在防腐剂中，并用重金属染色，使细胞更容易被看到。然后，马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的神经学家Jeff Lichtman和他的同事们将样本切成大约5000片——每片只有34纳米厚——可以用电子显微镜成像。

然后，Jain的团队建立了人工智能模型，能够将显微镜图像拼接在一起，以3D方式重建整个样本。“我记得这一刻，我打开地图，看着这个女人大脑中的一个单独的突触，然后放大到其他数百万个像素，”Jain说。“感觉有点精神上的。”

在详细检查模型时，研究人员发现了非常规的神经元，其中一些神经元彼此之间有多达50个连接。“一般来说，你最多只能在两个神经元之间找到几个连接，”在其他地方，模型显示神经元的卷须在它们周围形成结。“以前没有人见过这样的东西，”Jain补充道。

研究小组还发现成对的神经元几乎是彼此的完美镜像。“我们发现两组树突会向两个不同的方向移动，有时会有一种镜像对称，”Jain说。目前还不清楚这些特征在大脑中的作用。

这张地图太大了，大部分还需要人工检查，而且在将这么多图像拼接在一起的过程中，仍然可能存在错误。“数百个细胞已经被‘校对’，但这显然只是那里5万个细胞中的百分之几，”Jain说。他希望其他人能帮忙校对他们感兴趣的地图部分。他说，研究小组计划从其他人身上提取类似的大脑样本，但在未来几十年里，不太可能绘制出整个大脑的地图。

西雅图艾伦脑科学研究所(Allen Institute for Brain Science)所长Hongkui Zeng表示:“这篇论文确实是人类皮层数据集的杰作。”她补充说，已经免费提供的大量数据将“使科学界能够更深入地研究人类皮层中的微电路”。

对大脑皮层如何工作的更深入的了解可能会为如何治疗一些精神和神经退行性疾病提供线索。宾夕法尼亚州立大学的神经科学家Yongsoo Kim说:“这张地图提供了前所未有的细节，可以揭示神经连接的新规则，并有助于破译人类大脑的内部工作。”