人腦解碼倒計時 中國團隊正在繪製大腦“地圖”

顯微鏡下,獼猴前額葉皮層中2231個投射神經元的三維重構圖像,正被逐幀呈現。這些神經元展現出之前所未揭示的“精簡高效”的聯接模式,如同精密電路般實現模塊化的信息處理。這是中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心(以下簡稱“腦智卓越中心”)與國內外多個團隊最新發布的腦圖譜研究成果之一。7月10日,這些成果論文以專題論文集的形式由細胞出版社在線發佈。

中國科學技術大學畢國強團隊新發展的成像系統,能在40小時內完成成年小鼠全身亞細胞分辨率三維成像,清晰呈現周圍神經單纖維投射路徑。與此同時,腦智卓越中心劉真牽頭的研究團隊合作開發的靈長類大腦神經細胞特異性靶向標記工具突破轉基因限制,使獼猴腦研究進入了精準細胞類型解析的新階段。

“我們建立了從環路解析到疾病解碼的完整研究體系。”項目負責人說。

面對人腦介觀圖譜繪製難題,中國科學院院士、中國科學院腦智卓越中心學術主任蒲慕明解釋:“人體上不能在活體大腦進行標記,人腦的標本都是已經死亡的人腦,已經固定的組織。”他透露,目前全球七八個同步輻射光源實驗室已組成聯盟,“我們未來不僅需要使用光學成像方法,還要使用新發展出來的硬X光成像方法”。

這項被稱作“全腦介觀神經聯接圖譜”的大科學計劃,正在籌建國際靈長類腦圖譜研究聯盟。其核心目標直指非人靈長類動物介觀腦圖譜的繪製,旨在整合跨國技術資源建立共享數據庫,最終實現“認識腦、模擬腦、保護腦”的戰略目標。

爲此,全腦介觀神經聯接圖譜研究平臺主任、研究員沈志明團隊持續優化獼猴腦屏狀核注射手術。操作需避開血管及功能區,立體定位儀結合MRI掃描定位。據團隊成員回憶,“手術從早上8點持續到後半夜,必須保持全神貫注”。攻克猴腦切片技術時,團隊改造載玻片作爲防卷板,首張完整切片誕生,甚至引發了現場研究人員的歡呼。

“原本中國腦計劃的成立目標是一體兩翼。在基礎研究上進行大規模佈局,這就是一體。兩翼是應用的兩翼,一邊是對腦疾病的診斷治療,基於我們對基礎腦科學的理解,研發早期診斷和早期干預腦疾病的方案。”蒲慕明在談及中國腦科學規劃時說,這樣的腦疾病治療是社會重大需求。另一翼的應用方面,即腦機接口和類腦人工智能。

而此次腦圖譜的技術突破,如研究人員所言,有望“搞清楚腦結構”,將會對類腦智能的研究“有啓發”。

隨着成像技術等取得突破性進展,人腦介觀圖譜繪製已進入倒計時。科研團隊已經建立全球開放共享的腦圖譜數據庫,該庫將整合跨物種細胞圖譜、神經聯接圖譜及多模態動態數據。

正如蒲慕明所說的,這項基礎研究的意義在於理解“人類大腦是如何構建的”“大腦神經元如何聯接成一個高效節能的神經網絡”。這些持續積累的基礎研究成果,將爲未來理解人腦工作原理、推動新一代類腦人工智能的發展奠定堅實基礎。



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