有史以来最大的 3D 映射人脑碎片仍能装在一粒米上

它只有一立方毫米，却含有 57,000 个细胞。

人类大脑皮层的六层兴奋性神经元，按深度进行颜色编码。

图片来源：Google 研究和 Lichtman 实验室

这幅生动的细胞彩虹代表了人类大脑区域有史以来最大的高分辨率 3D 图。是的，最大的，但大小仍然只有一立方毫米——大约是半粒米。凭借这一壮举，科学家们现在可以看到由 57,000 个细胞组成的复杂网络，这些细胞由 1.5 亿个突触和数百毫米的血管连接起来，构成了人类皮质的这一微小部分。

在过去的十年里，哈佛大学和谷歌的研究人员一直在合作，致力于实现绘制完整、高分辨率的小鼠大脑图谱的目标。这是这一旅程中一小步但很重要的一步，揭示了脑组织片段直至突触尺度的一些前所未见的复杂性。

“‘碎片’这个词很讽刺，”资深作者杰夫·利希特曼（Jeff Lichtman）在一份声明中说，他的团队制作了构成新地图基础的电子显微镜图像。 “对于大多数人来说，1 TB 是巨大的，但人类大脑的一小部分——只是人类大脑中极小的一部分——仍然是数千 TB。 ”

在谷歌研究院开发的人工智能算法的帮助下，哈佛大学 Lichtman 团队的图像可以进行颜色编码和重建，以揭示前所未有的细节。 

您可能会认为神经元（原型神经细胞）是中枢神经系统主要器官中最丰富的——线索就在名称中，对吧？但研究小组发现，这些细胞的数量实际上与帮助保持大脑环境正常的支持神经胶质细胞的数量成二比一。最丰富的细胞类型是产生髓磷脂的少突胶质细胞，髓磷脂是神经轴突周围的重要绝缘物质。

组织碎片中的奇特之处包括强大的神经元，每个神经元通过 50 个或更多的突触连接，肿胀的轴突充满了研究小组在论文中描述的“不寻常的材料”，以及少数轴突排列成“广泛的螺旋”。由于组织样本最初取自癫痫患者，因此尚不清楚这些特征是否与该病症有关。 

绘制到这种详细程度的重要性在于，它有望为未来的研究人员提供新的见解，让他们了解脑组织内的小规模连接如何可能产生巨大影响，影响主要功能并导致疾病。

这个科学分支被称为“连接组学”。近年来该领域的其他进展包括一项大型国际项目，旨在绘制人类大脑内部的整体连接图（就像我们绘制人类基因组图一样），以及第一个完整的昆虫大脑图谱的发布。 

再加上去年宣布的脑细胞图谱等壮举，科学家们现在能够比以往更深入地观察我们的“小灰细胞”束。

为了进一步实现这一目标，并让尽可能多的科学家能够使用这些方法，哈佛大学和谷歌团队开发了一系列公开的分析工具。谷歌研究小组成员维伦·杰恩 (Viren Jain) 表示：“鉴于该项目投入巨额资金，以其他人现在都可以参与并从中受益的方式呈现结果非常重要。”

作为这个特定项目的最终目标，整个小鼠大脑的图谱将生成大约 1,000 倍于这个 1 立方毫米人脑碎片产生的数据量，因此还有很长的路要走。 

作者承认：“毫无疑问，揭示神经回路连接数据含义的方法还处于起步阶段，但这个千万亿级数据集只是一个开始。 ”

该研究发表在《科学》杂志上。