中新網(wǎng)北京4月10日電 (記者 孫自法)施普林格·自然旗下學(xué)術(shù)期刊《自然》和《自然-方法》最新同步發(fā)表一組由“皮層網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器智能(MICrONS)聯(lián)盟”完成的神經(jīng)科學(xué)論文，科學(xué)家繪制出小鼠大腦細(xì)胞結(jié)構(gòu)和連接的詳細(xì)圖譜，揭示了它們與小鼠大腦活動的關(guān)系。

在這一據(jù)稱是迄今最全的小鼠大腦圖譜上，從小鼠大腦中僅1立方毫米(約相當(dāng)于一粒奇亞籽大小)的空間里，科學(xué)家們利用新開發(fā)的人工智能(AI)工具，追蹤了約8.4萬個神經(jīng)元、超5億個突觸和約5.4公里長的神經(jīng)元連接。

論文作者指出，雖然僅代表大腦的很小一部分，但這一高分辨率的連接圖譜有助于描繪大腦的組織方式，以及不同類型的細(xì)胞如何協(xié)同工作。

該論文介紹，大腦是由包括神經(jīng)元在內(nèi)的細(xì)胞構(gòu)成的細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)，神經(jīng)元會受到刺激而激活，并通過突觸連接。認(rèn)知功能的基礎(chǔ)涉及神經(jīng)元激活和細(xì)胞連接之間的相互作用，為深入了解哺乳動物的大腦回路，“皮層網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器智能聯(lián)盟”研究團(tuán)隊從一只小鼠的視覺皮層中生成一張大規(guī)模的神經(jīng)形態(tài)和連接的高分辨率圖譜，并探索了它們與功能和遺傳特征的關(guān)系。

研究團(tuán)隊首先記錄了一只在跑步機(jī)上跑步和看視覺圖像的小鼠腦內(nèi)約7.5萬個神經(jīng)元的活動。小鼠經(jīng)過改造，使其神經(jīng)元活躍時會發(fā)出熒光蛋白。隨后，論文作者將這些數(shù)據(jù)與僅1立方毫米的小鼠視覺皮層的重建連接圖進(jìn)行匹配。對該樣本的電子顯微鏡觀察識別出超過20萬個細(xì)胞、約8.4萬個神經(jīng)元和5.24億突觸連接。

這組論文描述了識別不同細(xì)胞、分析連接以及將布線圖與神經(jīng)元活動聯(lián)系起來的工具。該研究工作共同提供了對大腦特定部分的描述，為這些部分如何協(xié)同工作帶來了新見解。

論文作者指出，小鼠視覺皮層與其他哺乳動物(包括人類)有不少相似之處，因而是一個有趣且重要的研究對象，但這只是大腦的一個區(qū)域，而且還是很小的一部分。因此，研究完整回路需要更廣泛的圖譜，而這需要連接組學(xué)領(lǐng)域工具和方法的進(jìn)步。

在本研究項目中，根據(jù)大型電子顯微鏡數(shù)據(jù)集重建的第5層Martinotti細(xì)胞(灰色)的渲染圖(圖片來自艾倫研究所Clare Gamlin)。施普林格·自然 供圖

“盡管存在這些局限性，這項工作仍標(biāo)志著重大的進(jìn)步，為學(xué)界未來的神經(jīng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)提供了寶貴的資源。”與這組論文同期發(fā)表的同行專家“新聞與觀點(diǎn)”文章認(rèn)為，“皮層網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器智能聯(lián)盟”項目，是“史上最全面地將哺乳動物腦結(jié)構(gòu)與活躍動物神經(jīng)活動聯(lián)系起來的數(shù)據(jù)集。”(完)