研究人员绘制人类大脑1立方毫米切片细胞图谱

作者: 王方

来源: 中国科学报

发布日期: 2024-05-15 08:30:21

研究人员通过电子显微镜和人工智能技术,绘制了1立方毫米人类大脑皮层的详细细胞图谱,揭示了神经元之间的新连接模式,为深入研究大脑功能和治疗神经疾病提供了新的数据支持。

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发表于5月9日出版的《科学》杂志,并已可在线获取。该图谱揭示了被称为神经元的脑细胞、缠绕自身成结的细胞,以及几乎互为镜像的成对神经元之间新的连接模式。

这张三维图谱覆盖了大约1立方毫米的体积,相当于整个大脑的百万分之一,包含了大约5.7万个细胞和1.5亿个突触,即神经元之间的连接。此外,图谱还包含了1.4拍字节的庞大数据。

这一大脑片段取自一名45岁的女性,当时她正在接受治疗癫痫的手术。该片段来自大脑皮层,这是大脑中负责学习、解决问题和处理感官信号的地方。研究者将样本浸泡在防腐剂中,并用重金属染色,使细胞更容易被观察到。

美国哈佛大学神经科学家Jeff Lichtman和同事将样本切成大约5000片,每片只有34纳米厚,可以用于电子显微镜成像。随后,美国谷歌公司神经科学家Viren Jain团队建立了一个人工智能模型,将显微镜图像拼接在一起,从而以三维方式重建了整个样本。

研究小组还发现了几乎是彼此完美镜像的成对神经元。目前还不清楚这一特征在大脑中的作用。这张图谱太大了,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。

研究人员希望其他人能帮忙校对图谱中自己感兴趣的部分。他们还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图谱。更深入了解大脑皮层如何工作,可能会为治疗一些精神和神经退行性疾病提供线索。

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