| 這個(gè)新的連接圖包含25000個(gè)神經(jīng)元、2000萬(wàn)個(gè)連接，大約相當(dāng)于果蠅大腦體積的1/3，但這1/3影響力不容小覷。因?yàn)檫@些部分包含與學(xué)習(xí)、記憶、嗅覺(jué)、導(dǎo)航等功能相關(guān)的重要區(qū)域。果蠅半腦的一些統(tǒng)計(jì)信息，綠色部分表示成像和重建的核心腦域。當(dāng)前最大包含2.5萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元，它們的突觸連接數(shù)量達(dá)到2千萬(wàn)。 谷歌研究科學(xué)家 Viren Jain 表示，「這將是我們第一次真正細(xì)致入微地觀(guān)察突觸數(shù)量達(dá)10萬(wàn)級(jí)別的神經(jīng)系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)?！褂辛诉@份詳盡的神經(jīng)圖，研究者們將能夠解答大腦為何運(yùn)行得如此之快?！高@項(xiàng)研究將改變神經(jīng)科學(xué)的研究方式?！?該研究進(jìn)展是連接組學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)里程碑。在此之前，只有一種單一生物體——「秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)（C. elegans）」的大腦曾經(jīng)被如此細(xì)致地描繪。 一直以來(lái)，「連接組學(xué)」在科學(xué)界毀譽(yù)參半。支持者認(rèn)為這門(mén)學(xué)問(wèn)可以揭示大腦物理層面與特定行為的關(guān)系，有助于實(shí)現(xiàn)神經(jīng)科學(xué)的關(guān)鍵目標(biāo)；不支持的人覺(jué)得繪制神經(jīng)元圖耗費(fèi)了大量精力，這些研究資源本應(yīng)放到更重要的領(lǐng)域中去。 為了完成重建工作，研究者需要完成以下工作： 1. 借助顯微鏡獲取果蠅大腦中神經(jīng)元的清晰圖像；2. 借助算法將這些圖像對(duì)齊并重新組合在一起形成3D 圖像；3. 經(jīng)過(guò)人工校對(duì)形成準(zhǔn)確的重建結(jié)果；4. 利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法自動(dòng)監(jiān)測(cè)出神經(jīng)元之間的突觸來(lái)完成重建。 在這個(gè)過(guò)程中，每個(gè)步驟都困難重重。為了克服這些困難，研究人員已經(jīng)努力了近十年。 如何獲取果蠅大腦神經(jīng)元的清晰圖像？ 由于果蠅大腦的體積與一顆罌粟種子類(lèi)似，所以準(zhǔn)確地描述出果蠅大腦中10萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元是一項(xiàng)非常大的挑戰(zhàn)。此外，很多微生物學(xué)家也質(zhì)疑獲取果蠅大腦數(shù)據(jù)的價(jià)值。所以，描述果蠅電腦神經(jīng)元及其之間的連接始終是一項(xiàng)難題。 首先，研究人員必須借助于顯微鏡來(lái)獲取高分辨率的大腦圖像，然后為每個(gè)神經(jīng)元繪制在兩個(gè)半腦中展開(kāi)的神經(jīng)聯(lián)結(jié)。就像為人類(lèi)基因組排序一樣，完成相應(yīng)的工作需要技術(shù)創(chuàng)新和大量的人力資源。 那么這樣就迎來(lái)了第一項(xiàng)難題：如何獲取果蠅大腦中每個(gè)神經(jīng)元的清晰圖像？ 利用顯微鏡實(shí)現(xiàn)果蠅大腦及神經(jīng)元成像 如下圖所示，在一個(gè)安靜的房間里，八臺(tái)巨大的顯微鏡正準(zhǔn)備生成果蠅大腦的圖像。并且，圖像收集的過(guò)程不受任何外力的影響。 這些顯微鏡原本在設(shè)計(jì)時(shí)想要幾分鐘或幾小時(shí)內(nèi)捕捉到數(shù)據(jù)。但是，如要獲得完整的果蠅大腦圖像，一臺(tái)顯微鏡需要持續(xù)運(yùn)行數(shù)月或數(shù)年?，F(xiàn)在，顯微鏡能夠連續(xù)不斷地生成清晰的圖像，并顯示果蠅大腦中錯(cuò)綜復(fù)雜的神經(jīng)元。此外，如果出現(xiàn)任何故障，顯微鏡可以自動(dòng)停止數(shù)據(jù)收集并發(fā)出 SOS 信號(hào)。果蠅大腦圖像所使用的顯微鏡。 在成像過(guò)程中，谷歌研究人員使用了聚焦離子束掃描電子顯微鏡（FIB-SEM）的技術(shù)，即通過(guò)聚焦離子束來(lái)?yè)羲楣壞X組織。 接著計(jì)算機(jī)程序?qū)⑦@些圖像拼接對(duì)齊，生成果蠅大腦的3D 展示圖。 |
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