本文主要是介绍Google与哈佛大学的科学家团队共同创造了一张人脑中一个极小部分的精细地图，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
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一支由哈佛大学和谷歌的科学家领导的团队创建了一张单个立方毫米人脑的三维纳米级分辨率地图。尽管这张地图只涵盖了整个大脑的极小一部分——整个大脑的体积是它的一百万倍——这一小块包含了大约57,000个细胞、约230毫米的血管和近1.5亿个突触。这是迄今为止创建的人类大脑的最高分辨率图片。
为了制作这样详细的地图，团队必须将组织样本切成5000片，并使用高速电子显微镜进行扫描。然后，他们使用了一个机器学习模型帮助电子地将切片重新拼接在一起并标记特征。仅原始数据集就占用了1.4 petabytes的空间。艾伦脑科学研究所的计算神经科学家Michael Hawrylycz表示：“这可能是神经科学中所有工作中最依赖计算机的。”他指出，其中涉及了大量的工作量。
与现有的许多其他脑图谱相比，大部分提供的是更低分辨率的数据。在纳米级别上，研究者可以一次追踪一个神经元到突触的大脑布线，即它们相连的地方。“要真正理解人类大脑是如何工作的，如何处理信息，如何存储记忆，我们最终需要一张具有那种分辨率的地图，”谷歌的高级研究科学家兼论文的合著者Viren Jain表示。这份数据集及其论文的预印本版本已于2021年发布。
脑图谱有许多种形式。有些揭示了细胞是如何组织的，其他的则涵盖了基因表达。这份专注于细胞之间连接的领域称为“连接组学”。大脑的最外层大约包含160亿个神经元，它们彼此连接形成数万亿的连接。一个单一的神经元可能从数百甚至数千个其他神经元那里接收信息，并发送信息给类似数量的神经元。这使得追踪这些连接成为一个极其复杂的任务，即使只是在大脑的一小块区域中。
为了创建这张地图，团队面临了许多挑战。第一个问题是找到大脑组织样本。大脑在死后很快就会开始恶化，所以尸体组织行不通。团队使用的是在进行旨在帮助控制她癫痫的脑手术中切除的一块组织。
研究者们获得样本后，必须小心地将其保存在树脂中，以便将其切成每片厚度大约为人类头发千分之一的薄片。然后他们使用专为此项目设计的高速电子显微镜对这些切片进行成像。
接下来是计算挑战。“你有所有这些在三维空间中四处穿行、形成各种不同连接的线路，”Jain说。谷歌团队使用了机器学习模型来将切片重新拼接在一起，将每一片与下一片对齐，对线路进行颜色编码，并找到连接。这比听起来要困难。“如果你犯了一个错误，那么与该线路相连的所有连接现在都是错误的，”Jain说。
“能够对任何人类大脑样本进行这样深入的重建是一个重要的进步，”马里兰大学的神经科学家Seth Ament说。这张地图是“我们现在能获得的最接近基础真理的东西。”但他也警告说，这是从一个单一个体取得的单一大脑样本。
这张地图可以在一个名为Neuroglancer的网络平台上免费获取，旨在成为其他研究者用来进行自己发现的资源。“现在任何对以这种详细级别研究人类皮层感兴趣的人都可以亲自深入数据。他们可以校对某些结构以确保一切正确，然后发布他们自己的发现，”Jain说。（预印本已至少被引用了136次。）
团队已经发现了一些意外。例如，一些从一个神经元到另一个神经元传递信号的长触须形成了“漩涡”，在那里它们缠绕在一起。轴突通常形成一个突触来传递信息给下一个细胞。团队识别出单个轴突形成了重复连接——在某些情况下，是50个单独的突触。为什么会这样还不清楚，但强大的联系可能有助于促进对某些刺激的非常快速或强烈的反应，Jain说。“这是关于人类皮层组织的一个非常简单的发现，”他说。但“我们之前不知道这一点，因为我们没有这种分辨率的地图。”
数据集充满了惊喜，哈佛大学的神经科学家Jeff Lichtman，他帮助领导了这项研究。他说：“里面有太多与你在教科书上读到的内容不相符的东西。”研究人员可能没有解释他们所看到的，但他们有很多新的问题：“这就是科学前进的方式。”
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