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中国科学家瞄准世界上最详尽的人脑3D地图

2019-10-14 10:05:57 • 来源：

为什么有些人的大脑发现宇宙的规律，而另一些人却创造出震撼人心的音乐或绘画?记忆和意识是如何产生的?

我们可以观察到数十亿颗恒星并检测到太空中的涟漪，但我们仍然几乎不了解我们的大脑，它可以使宇宙感到困惑。

它们的复杂结构和神经元数量仅是估计值。

中国科学家瞄准世界上最详尽的人脑3D地图

现在，中国科学家正计划绘制人脑中复杂的神经元和血管的最清晰的三维图。

这个雄心勃勃的项目就像为3千张巨大的森林拍摄照片，其中有近1000亿棵大树，不仅可以看到整个森林，还可以看到每棵树上的所有树枝和叶子。

研究负责人罗庆明说：“我们目前的方法既看不到树木，也看不到森林。我们的目标是开发新方法以获得高分辨率地图，以清楚地看到神经网络是如何连接的。”

华南理工大学海南大学校长，华中科技大学苏州脑智能研究所首席科学家罗说，这项研究将有助于分析脑部疾病的机制，并促进其发展。人工智能。

“神经网络和大脑活动的不断变化对大脑功能的分析提出了巨大挑战。但是我们认为，大脑功能和活动取决于基本细胞，就像电路网络取决于其基本单位-电子组件一样。”罗说。

他说：“不同类型的神经元是分析脑功能以及诊断和治疗脑部疾病的基础。”

创新方法

52岁的罗出生于中国中部湖北省Qi春县农村。在中学时，他不得不借助煤油灯学习。放学后因砍柴砍柴以养家糊口，他手上仍留下疤痕。

在1990年代，Luo是美国的光电子研究人员，并且是有史以来第一个通过近红外光学成像成功测量大脑活动的人。他的技术获得了美国专利。

但是，他离开了国外高质量的研究环境，并于1997年回到中国，在母校HUST工作。

罗说：“我觉得我应该为我的国家做出贡献。”罗伊说，他的项目的启动预算仅为20万元人民币(约3万美元)，实验室面积为25平方米。

脑成像非常困难，因为它需要不同学科的专业知识。

罗说：“大脑像豆腐一样柔软。很难固定大脑样本并标记内部的神经和血管。我们花了三年时间解决了这个问题。”

“我们需要具有不同学术背景的研究人员，例如生物学家和化学家来准备大脑样本，需要具有光学，机械和控制技术的工程师和技术人员来开发成像仪器，并需要计算机人才来处理数据和显示结果。”

该团队花了八年的时间开发了具有自主知识产权的脑成像仪器。

该成果于2010年底发表在《科学》杂志上，并被评为2011年中国十大科学进步之一。

映射脑

“如果将成像系统与相机进行比较，我们首先要制造一台黑白相机，然后为鼠标大脑拍摄黑白照片，”罗说。

从那时起，他的团队取得了一系列突破，以丰富的色彩拍摄了显示鼠标大脑惊人细节的照片。

2016年，该团队获得了4.5亿元人民币的投资，成立了苏州脑智能研究所，《自然》杂志对此进行了报道。

在该研究所的一尘不染的实验室中，将老鼠大脑的样本像琥珀一样包裹在树脂中，然后切成只有1微米厚的层。

每一层都经过扫描和成像。切片约10,000层以获得整个小鼠大脑的图。

计算机上显示的彩色神经和血管系统图像看起来像复杂的公路网。这是世界上最清晰的哺乳动物大脑图。

他说：“我们已经在小鼠身上取得了成功，并且正在努力绘制更先进，更复杂的灵长类动物的大脑图。”

“我们的最终目标是带领世界获得人脑的精确地图，这将有助于我们发现其秘密。”

技术挑战

科学家估计，老鼠的大脑有数千万个神经元，猴的大脑有数十亿，而人的大脑则有860亿。

他说：“我们不能仅仅通过增加更多的仪器来绘制人的大脑。成像后的海量数据将对存储和分析提出巨大的挑战。”

据估计，通过对人脑进行成像所产生的数据将相当于20万部4K超高清电影，这将填满中国最强大的超级计算机双威太阳光电的所有存储空间。

罗说，计算是最大的技术瓶颈，绘制人的大脑必须等待IT技术的发展。

人脑扫描和成像也面临道德挑战。他说：“我们用转基因技术和病毒标记技术标记了小鼠大脑中的神经元，而这种技术不能应用于人脑。”

“有许多技术难题需要克服，但是我们相信随着技术的发展，这些难题将得到解决。”

该团队与美国的实验室和研究所合作，为欧洲和其他国家的大脑研究提供数据。但罗希望中国推出自己的脑科学计划。

脑科学被列为中国“十三五”规划(2016-2020年)的重大科技项目之一。

罗说：“这项研究将有助于促进儿童的教育，并促进脑相关疾病的诊断和治疗，例如抑郁症，帕金森氏病和阿尔茨海默氏病。”

“一旦我们有足够的财政支持并集中精力，就有可能在五到十年内获得人脑的高分辨率地图。”

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