谷歌和哈佛繪制超詳細人類大腦“地圖”

呂惠

近日，據國外媒體報道，人類的大腦是有史以來最復雜的“計算機”，而繪制這種由神經元、突觸和其他細胞組成的密集糾結圖幾乎是不可能的。但是谷歌和哈佛的工程師們已經制作了一個可瀏覽、可搜索的人類大腦皮層的一小部分的3D“地圖”。

大約有860億個神經元通過100萬億個突觸進行連接，要弄清楚它們中的每一個究竟是做什么的，以及這些連接是如何形成思想、情感、記憶、行為和意識的基礎，這是一項艱巨的任務。盡管如此，世界各地的科學家團隊正在努力合作，試圖建立一個人類大腦的線路圖——所謂的“連接組”。

2020年，谷歌和霍華德·休斯醫學研究所的研究人員用一個果蠅大腦連接組鋪平了道路，該連接組包括了昆蟲全腦的一半左右。現在，谷歌和哈佛大學的利希特曼實驗室已經發布了一個類似人類大腦小部分的模型。

研究人員從人類大腦皮層的顳葉開始取樣，尺寸僅為1mm。這個樣本被染色以獲得視覺清晰度，并被涂上樹脂以保存，然后被切成大約5300個切片，每個切片的厚度約為30nm。然后使用掃描電子顯微鏡對這些切片進行成像，其分辨率低至4nm。這創造了2.25億張二維圖像，然后將它們拼接成一個三維體積。

機器學習算法對樣本進行掃描，以識別其中的不同細胞和結構。在不同的自動系統掃描了幾遍之后，人眼“校對”了一些細胞，以確保算法能夠正確識別它們。最終的結果，谷歌稱之為H01數據集，是有史以來編制的最全面的人類大腦地圖之一。它包含5萬個細胞和1_3億個突觸，以及細胞的較小部分，如軸突、樹突、髓鞘和纖毛。但最令人震驚的統計數字是，整個東西占用了1.4PB的數據，也就是超過了100萬GB，而這只是整個事情的一個小片段。谷歌表示，該樣本只是整個人類大腦體積的百萬分之一。顯然，要擴大規模需要大量的工作，還找到一種方法來存儲大量的數據，并開發一種訪問它的方法。

H01數據集現在可以在線提供給研究人員和好奇的旁觀者探索，這項工作的配套預印本論文也可以在bioRxiv上找到。