谷歌绘制出了人类大脑的最详细的一部分

　　

据Michael Marshall所说，大约有4000条神经纤维连接到这个神经元上，谷歌/利希特曼实验室帮助绘制了迄今为止最详细的人脑连接图。它揭示了惊人的细节，包括神经元之间的连接模式，以及可能是一种新的神经元。

这张大脑地图在网上免费提供，包括50000个细胞，全部以三维呈现。它们由数以亿计的蜘蛛卷须连接在一起，形成1.3亿个称为突触的连接。位于加州山景城的谷歌研究公司的Viren Jain说，这个数据集的大小为1.4 PB，大约是现代计算机平均存储容量的700倍。

这个数据集太大了，研究人员还没有对它进行详细研究。他将其与人类基因组进行比较，人类基因组在第一次草稿发布20年后仍在探索中。

“这是我们第一次看到人脑的真实结构”，哈佛大学的Catherine Dulac说，他没有参与这项工作。“这项庞大的事业开始于一个由Jeff Lichtman领导的团队，也在哈佛大学，从一个45岁的患有耐药性癫痫的妇女那里获得了一小块脑。她接受了手术，从大脑中取出了癫痫发作的来源——左侧海马体。为了做到这一点，外科医生必须切除一些覆盖在海马体上的健康脑组织。

利希特曼和他的团队立即将样本浸入防腐剂中，然后用锇等重金属对样本进行染色，这样每个细胞的外膜都能在电子显微镜下看到。然后他们将其嵌入树脂中使其增韧。最后，他们把它切成30纳米厚的薄片，相当于人类头发宽度的千分之一，并用电子显微镜对每个薄片进行成像，将二维切片（Jain称之为“大脑的熟食切片机方法”）组装成一个三维体积。他们利用机器学习来重建连接一个神经元和另一个神经元的卷须，并标记出不同的细胞类型。

所有这些细节只是大脑的一小部分。杰恩说，通过功能性磁共振成像（fMRI）扫描，可以更好地了解它的范围，这种扫描用于显示大脑不同区域的活动我们制作的整个数据集是一立方毫米，在核磁共振扫描中通常是一个像素在核磁共振成像的一个像素下发现所有的东西是很有意思的。”

对于杜拉克来说，数据集是“未来几年的宝藏”。杰恩和他的团队已经对我们的大脑是如何连接的有了新的发现：例如，神经元之间的连接数量有着明显的差异。

通常，当一个神经元的卷须靠近另一个神经元时，它只会形成一个突触，或者很少形成两到四个突触。但也有一些卷须在一个目标神经元上形成了多达20个突触，这意味着卷须本身可能会触发该神经元放电。

原因尚不清楚，但利希特曼推测，多突触连接是学习行为的基础。”你的大脑有很多事情是通过认知、思考、迷惑和做出决定来完成的，还有很多事情是你自动完成的，而这些事情不可能是遗传的，”他说，比如当你看到红灯时刹车。这种超强的连接可以让信息迅速通过网络传递。

研究小组还在大脑皮层深处发现了以前从未观察到的神秘神经元对。”两个细胞在同一轴线上指向完全相反的方向。没有人知道为什么。

大脑映射，或者说连接组学，自从上世纪80年代首次取得突破以来，已经取得了很大进展，当时研究人员绘制了一种名为秀丽隐杆线虫的神经系统的302个神经元。Jain、Dulac和Lichtman是一个小组的成员，该小组在2020年主张以类似的细节水平绘制整个老鼠的大脑。

“整个老鼠的大脑只比这个大1000倍，一个EB而不是一个PB，”Lichtman说我猜想，在一定的范围内，我们很可能在十年内就能做到这一点。“杜拉克想看看大脑皮层如何与大脑的其他部分相连，绘制老鼠的大脑图将揭示这一点。

绘制整个人脑图将需要一个更大1000倍的数据集，一个zettabyte，利希特曼说，这“相当于地球一年产生的数字内容的数量”。

但这样做可能不值得我们可能会发现，很多信息都是通过经验获得的编码信息，因此每个大脑都会有不同于其他大脑的东西，”他说。杜拉克说，如果不了解信息是如何存储的，数据将是杂乱无章的。

DOI:10.1101/2021.05.29.446289