Google 用 40 兆畫素重建史上最清晰的果蠅大腦

作者 | 發布日期 2019 年 08 月 11 日 0:00 | 分類 Google , 生物科技 Telegram share ! follow us in feedly


與生命科學、人類疾病研究密切相關的動物,除了小白鼠、猴子這些動物,還有一個重要的動物──果蠅。

從遺傳學研究、生命發育研究再到生物節律,不少諾貝爾獲獎者的研究都與果蠅有關,且果蠅很多基因與人類同源。

▲ 果蠅大腦的部分神經元。(Source:Google AI Blog

近日 Google AI 宣布,與霍華德‧休斯醫學研究所(HHMI)、哈佛大學合作,使用數千個 TPU,重建了果蠅大腦。

與此同時,他們還在 Neuroglancer 公開果蠅的大腦模型,可透過下載或線上取得果蠅大腦神經網路的 3D 成像。值得一提的是,Neuroglancer 讓龐大數據可視化,並可互動。

果蠅常當實驗對象,主要是因為牠的大腦神經元數量較少,為 10 萬個,老鼠的大腦神經元有 1 億個,人類大腦多達 1,000 億個。

重建果蠅大腦的過程是這樣的:首先將果蠅大腦切成數千張 40 奈米的薄片,然後使用穿透式電子顯微鏡成像切片;接著,再將這些 2D 圖像一層層拼接,組合成 3D 成像。

▲ 去年有學者也發表過類似成果。(Source:Juan Eugenio Iglesias

之前也有學者和機構嘗試透過類似方法重建果蠅大腦,但拼接的過程中出現一些誤差。就像用鋒利的刀,把一顆西瓜切成薄片,肯定會有果肉組織被刀刃帶走。

然而透過使用機器學習和神經網路模型,可追蹤切片缺失的部位,讓圖像拼接更完整。

這使用到名為 FFN(Feed ForWard Neural Network)的神經模型,也稱為前饋神經網路。

數千張 40 奈米切片,共產生 40 兆畫素的圖像,處理如此巨大的數據量時,研究人員使用了數千個雲端 TPU。

然而此聯合專案也僅是重建有史以來最清晰的果蠅大腦而已。

他們接下來要做的,是研究果蠅大腦的學習、記憶和感知路徑,這就需要重建果蠅大腦神經元細胞的突觸。這不是簡單的研究。

從果蠅這些生物身上,我們可探尋生命和智力的本質。單從果蠅大腦到人類大腦,就更遙遠了,因為靈長動物與昆蟲之間有巨大的差異,比如意識、語言這些研究,就必須在人類或非靈長類動物身上進行。

(Source:Neuralink

今年 7 月,馬斯克腦機接口公司 Neuralink 發表腦機接口系統專案,將透過一台神經手術機器人向人類大腦快速植入大量 4~6 微米粗細的線,並透過 USB-C 接口直接讀取大腦訊息,甚至可用 iPhone 控制。

然而我們依然處於腦機接口技術的原始階段。就目前全球研究進度看來,我們對人類大腦的了解遠遠不夠,先別說 1,000 億個神經細胞,人類現在甚至還不清楚大腦細胞究竟有多少種。

(本文由 愛范兒 授權轉載;首圖來源:Google AI Blog

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