神經網路體技術里程碑,Google 與珍利亞研究園區連袂發表 3D 果蠅大腦神經連結圖

作者 | 發布日期 2020 年 01 月 27 日 21:19 | 分類 Google , 生物科技 Telegram share ! follow us in feedly


一項引人入勝、具有開創性的研究,科學家繪製出迄今為止最詳細、解析度最高的 3D 大腦連結圖。3D 模型是由 Google 科學家和維吉尼亞州珍利亞研究園區(Janelia Research Campus)FlyEM 團隊合作發表,視覺上代表近 2,000 萬個連結果蠅大腦 25,000 個神經元(Neuron)的突觸(synapse)。 

根據 The Verge 報導,這張圖可認為是神經網路體(Connectomics)的里程碑,所謂神經網路體是利用先進成像技術追蹤大腦物理路徑的技術。

果蠅的大腦大小和罌粟籽差不多,科學家決定繪製三分之一的 3D 模型圖。到目前為止,只有 C. Elegans 蛔蟲的整個神經系統如此繪製。毫無疑問是個里程碑,看似微小的任務,事實上是需要動用頂級技術與無數小時人力作業的極其費時費力工作。

這隻果蠅的大腦首先切成只有 20 微米厚切片,約人類頭髮寬度三分之一。果蠅是神經網路體專家的最愛,因大腦結構簡單,但這類昆蟲卻表現出相當複雜的行為,如求偶舞。

獲得的顯微切片,由掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)發出的電子流掃射穿透。科學家得到包含 50 兆 3D 立體像素(Voxel)的資料,然後再由負責追蹤每條細胞路徑的演算法完成最終成像。

3D果蠅大腦模型圖解除「神經網路體」無限前景封印

儘管 Google 提供強大的運算力,Janelia 團隊還是花了 2 年和數十萬小時,透過 VR 頭戴裝置與客製化 3D 編輯電腦應用程式,「校對」與驗證 2,000 萬個化學突觸路徑(proofreading)。

整個果蠅大腦包含約 10 萬個神經元,然而計畫只繪製了稱為半腦(Hemibrain)的特定部分。人類大腦複雜得多,因包含近 860 億個神經元。也因為如此,我們能繪製自己大腦路徑完整圖的日子還很遙遠。一些懷疑者認為,神經網路體本身並沒有直接回答任何問題,至少到目前為止是這樣,且如此大規模的試驗造成可分配到其他地方資源的浪費。

諾丁漢大學(University of Nottingham)神經學家 Mark Humphries 接受 The Verge 採訪時表示,「重建毫無疑問是技術奇蹟」,但「本身不會回答迫切的科學問題,但可能會拋出一些有趣的謎題」。

另一方面,一些專家認為,神經網路體將在未來幾年結出豐碩的果實。「我相信人們對(神經網路體)能提供的東西已經等不及了。」生物醫學工程師暨開放神經網路體計畫(Open Connectome Project)聯合創辦人 Joshua Vogelstein 表示。

「通常從播種一項好技術到使用這項技術進行實際科學研究花費的時間約 15 年之久。現在 15 年過去了,我們可以開始從事科學研究了。」Vogelstein 補充。

有關研究發現的全部資料及預刊論文已公布並上傳網路。總之,完整的研究結果將在未來幾週發表。

(首圖來源:影片截圖)