最詳細人腦圖 揭示大腦突破性發現

哈佛大學和谷歌繪製的3D大腦圖,揭示大腦皮層的六個不同層次,來自前顳葉的神經元按大小和類型進行了顏色編碼。右側為大腦表面。(谷歌研究團隊和哈佛大學利希特曼實驗室提供)
哈佛大學和谷歌繪製的3D大腦圖,揭示大腦皮層的六個不同層次,來自前顳葉的神經元按大小和類型進行了顏色編碼。右側為大腦表面。(谷歌研究團隊和哈佛大學利希特曼實驗室提供)

文/Makai Allbert 編譯/趙孜濟

哈佛大學與谷歌合作,歷經十年重建3D人類大腦圖,目前已上網供研究使用。雖然有關大腦的重要訊息仍然欠缺,不過,專家表示,已朝正確方向邁出一步。

十年前,一個小而不起眼的大腦組織樣本被送到哈佛大學傑夫‧利希特曼(Jeff Lichtman)博士實驗室。這個組織樣本比一粒米還小,僅立方公釐大小,卻包含5.7萬個細胞和1.5億個突觸,每一個都在大腦複雜的通訊網路中發揮重要作用。

如今,經過與谷歌科學家十年的合作,這個龐大的,包含1,400兆位元組(TB)的資料集,已經轉化為有史以來最詳細的人腦圖。

「對大多數人來說,1 TB是龐大的資料量,但這一人類大腦片段,僅僅是人類大腦中極微小的一部分,卻需要數千TB的資料來呈現。」利希特曼在美國國家衛生研究院(NIH)報告中表示。

這份詳細的3D重建圖,揭示大腦的精美結構。神經元形成數十個連接、鏡像神經對(mirrorpairs),以及遠比預期更複雜的網
路,但這些只是一些突破性發現而已。

「我記得那一刻。我進入這張人腦圖,看到這位女性大腦中的一個突觸,然後將它縮小到其他數百萬像素」,谷歌資深科學家維倫‧賈因(Viren Jain)在《自然》雜誌中表示,「感覺很有靈性。」

這張人腦圖現已成為線上開放取用資料集的一部分,為人類認知、精神疾病以及思維結構的研究打開一扇新的大門。

「有句話說,『突觸連接圖對了解大腦是必要的,但還不夠。』目前的形式仍然缺少許多重要訊息,但卻是朝正確方向邁出一步。」利希特曼實驗室科學家丹尼爾‧伯傑(Daniel Berger)告訴《大紀元時報》。

*本文所有圖像均由谷歌研究團隊、哈佛大學利希特曼實驗室提供,渲染圖由哈佛大學丹尼爾‧伯傑製作。

原文「See the Human Brain Like Never Before」刊登於英文《大紀元時報》。◇

興奮性神經元,按大小進行顏色編碼,紅色最大,藍色最小。细胞核為15~30微米不等。(谷歌研究團隊和哈佛大學利希特曼實驗室提供)興奮性神經元,按大小進行顏色編碼,紅色最大,藍色最小。细胞核為15~30微米不等。(谷歌研究團隊和哈佛大學利希特曼實驗室提供)

單個白色神經元接收來自5千多個藍色軸突的訊號,綠色突觸標記訊號傳遞點。(谷歌研究團隊和哈佛大學利希特曼實驗室提供)單個白色神經元接收來自5千多個藍色軸突的訊號,綠色(右圖)突觸標記訊號傳遞點。(谷歌研究團隊和哈佛大學利希特曼實驗室提供)

具有長樹突和樹突棘的神經元。在極少數情況下,單個軸突(藍色)會與目標神經元(綠色)建立重複的突觸連接(黃色)。(谷歌研究團隊和哈佛大學利希特曼實驗室提供)具有長樹突和樹突棘的神經元。在極少數情況下,單個軸突(藍色)會與目標神經元(綠色)建立重複的突觸連接(黃色)。(谷歌研究團隊和哈佛大學利希特曼實驗室提供)

研究中的一個意外發現是「軸突螺旋」的存在,即纏結的藍色軸突環,它們通常將訊號從神經細胞傳出。這些結構在樣品中很少見,有時似乎停留在黃色細胞上。它們的功能尚不清楚。(谷歌研究團隊和哈佛大學利希特曼實驗室提供)研究中的一個意外發現是「軸突螺旋」的存在,即纏結的藍色軸突環,它們通常將訊號從神經細胞傳出。這些結構在樣品中很少見,有時似乎停留在黃色細胞上。它們的功能尚不清楚。(谷歌研究團隊和哈佛大學利希特曼實驗室提供)

與人類髮絲一般大小的一束神經元。(谷歌研究團隊和哈佛大學利希特曼實驗室提供)與人類髮絲一般大小的一束神經元。(谷歌研究團隊和哈佛大學利希特曼實驗室提供)

單一神經元(白色)接收來自軸突的輸入。綠色軸突傳遞鼓勵它發射的訊號,而藍色軸突則傳遞抑制發射的訊號。(谷歌研究團隊和哈佛大學利希特曼實驗室提供)單一神經元(白色)接收來自軸突的輸入。綠色軸突傳遞鼓勵它發射的訊號,而藍色軸突則傳遞抑制發射的訊號。(谷歌研究團隊和哈佛大學利希特曼實驗室提供)

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