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      【解放日報】探秘“大腦中的森林”,中國科學家這一研究被譽為“工程和技術上的奇跡”

      文章來源:腦科學與智能技術卓越創新中心  |  發布時間:2022-04-02  |  【打印】 【關閉

        

          作者:黃海華 2022-04-01 18:38 來源:解放日報 

        “為神經科學界提供了不可估量的寶貴資源”
        

        如果把神經元比喻為“大腦中的森林”,其軸突就像森林中的“藤蔓”,盤根錯節、縱橫交錯。借助這些“藤蔓”,神經元這一大腦最基本的信息處理單元,得以將信號投射到不同腦區。

        給“大腦中的森林”來個素描——繪制高分辨率的大腦聯接圖譜,不僅有助于闡明大腦工作原理,還是世界各國打造全球腦科學中心的重要基礎。

        2022年3月31日,《自然·神經科學》以封面文章在線發表了中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心嚴軍研究組、徐寧龍研究組,華中科技大學蘇州腦空間信息研究院龔輝團隊合作的一項研究。他們在國際上率先重構了小鼠前額葉皮層6357個單神經元的軸突形態,建立了國際上最大的小鼠全腦介觀神經聯接圖譜數據庫,為深入解析腦功能、腦疾病提供了精準的“導航地圖”,為新型人工智能系統的設計提供了重要參考。

        小鼠前額葉6357個單神經元全腦投射圖譜

         【一道國際上公認的難題】 

        前額葉皮層在決策、工作記憶、注意力等高級認知---功能中扮演重要角色,其結構和功能異常會導致多種腦疾病。前額葉神經元投射范圍很廣,幾乎覆蓋大部分腦區。已有的研究大多利用“群體神經元”示蹤技術,但在單個神經元水平上,前額葉神經元軸突投射的規律還不清楚。

        “線蟲只有300個神經元,軸突長度大概50厘米,也就兩個籃球的直徑;小鼠有1億個神經元,軸突總長度有5000公里,差不多是從中國的最西邊到最東邊的跨度?!?/strong>嚴軍介紹,繪制小鼠的腦聯接圖譜是一個巨大工程,需要在太字節量級的全腦光學成像大數據中,對單神經元形態逐個進行三維重構。這一過程工作量大、極為復雜和耗時,是國際上公認的難題。

         【為腦疾病研究提供“金標準”數據庫】 

        為解決這一問題,嚴軍研究組的茍凌峰博士通過數年攻關,自主開發了太字節量級的光學成像大數據神經元追蹤及分析軟件,為研究模式動物各腦區的神經聯接圖譜建立了國際領先的研究方法和流程。

       

        嚴軍研究組 

        通過與徐寧龍團隊、龔輝團隊、腦智卓越中心全腦介觀神經聯接圖譜平臺等多個團隊合作,該研究獲得161個小鼠的全腦成像數據,并從中重構了6357個前額葉單神經元軸突形態?!?strong>這一全腦成像的分辨率可達到頭發絲的1/200,可以連續1000個小時精準成像。之前數年,全世界一共重建了3000多個單神經元軸突分辨率的數據,我們這次重構了6000多個?!?/strong>龔輝介紹。

        研究團隊利用自主開發的分析方法,獲得了64個投射亞型?!?strong>過去,我們只知道神經元大致有3種類型,從3到64的躍升,為探尋‘前額葉腦區到底是怎么工作的’提供了重要線索,我們據此還提出了前額葉皮層可能的工作模型?!眹儡娬f。

        這一研究對于腦疾病是否有新的啟發?“我們發現,如果患了阿爾茨海默癥,其前額葉和其他腦區的神經元會凋亡,尤其是樹突的復雜性會減少?!饼忀x說,這項工作為腦疾病研究提供了一個“金標準”的數據庫,相當于提供了一個“導航地圖”。

        “這項研究為神經科學界提供了不可估量的寶貴資源?!?/strong>審稿人認為,“這是一項工程和技術上的奇跡?!?/strong> 

        https://web.shobserver.com/staticsg/res/html/web/newsDetail.html?id=467249 

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