迄今最详细:1.6PB 小鼠大脑地图揭秘,4 公里轴突、5.24 亿突触

迄今最详细:1.6PB 小鼠大脑地图揭秘,4 公里轴突、5.24 亿突触

4 月 22 日消息,科技媒体 scitechdaily 昨日(4 月 21 日)发布博文,报道称由超过 150 名科学家参与、实施多年的大型项目取得最新成果,成功绘制出迄今为止最详细的小鼠大脑视觉信息传递地图,揭示了小鼠大脑一小块组织中超过 5.24 亿个神经连接。

援引博文介绍,该项目由美国国立卫生研究院(NIH)资助,科学家们详细绘制了小鼠大脑中数十万神经元的连接,并记录了它们对视觉输入的反应。

研究聚焦于大脑视觉区域,揭示了神经元如何通过复杂的网络协同工作,这不仅帮助我们理解健康大脑的运行机制,还为探索损伤或神经疾病中的异常提供了重要启示,通过结合大脑的物理连接和实时活动数据,这项工作为理解大脑如何处理视觉信息、形成我们所见的图像奠定了关键基础。

研究过程中,科学家对基因改造后的小鼠(神经元在活跃时会发出光亮)播放视频片段,团队因此得以记录视觉区域内神经元活动模式,覆盖的脑组织体积仅如一粒沙子大小。

这张图片展示了 MICRONS 项目中重建的 12 万个脑细胞中的一个子集(1000 多个)。每个重建的神经元都被赋予了不同的随机颜色。这只是数据集的一个象征性表示。记录的神经元数量远远超过那些发光的,而重建的神经元数量也远多于渲染中显示的。

尽管体积微小,这块组织却展现出惊人的复杂性:包含约 4 公里长的轴突(axons,传递信号的细长纤维),交织形成超过 5.24 亿个突触(synapses),连接超过 20 万个细胞。这些数据生动展示了大脑网络的精密结构。

为绘制这些连接,研究团队连续 12 天、每天 12 小时轮班工作,使用电子显微镜(EM)小心切割并成像超薄脑组织切片。

重建过程极具挑战,需精确拼接将近 2.8 万张 EM 图像,并对齐跨越整个脑组织。随后,团队耗费数月使用深度学习算法追踪连接,并结合手动和自动化校对,确保数据准确。最终数据集高达 1.6 PB(约 167.7 万 GB),相当于 22 年不间断的高清视频,堪称神经科学领域的壮举。

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