前所未有的人类大脑三维接线图,看起来像一个小世界

知新了了 2024-05-11 09:39:53

哈佛大学(Harvard)和谷歌研究中心(Google Research)发布了对人类大脑的惊人深入研究,绘制出了罂粟籽大小的脑组织样本中数千个细胞和数百万个突触的图谱。这一努力产生了一些令人惊叹的图像,标志着朝着科学上最大的挑战之一迈出了重要的一步。

说人脑是现存最复杂的东西可能并不夸张。你的头盖骨里塞满了大约860亿个神经元,它们通过100万亿个突触相互连接,从这张错综复杂的培根脂肪网中,不知怎么地产生了你的整个存在 —— 所有的想法、情感、希望、尴尬的记忆、喜欢的食物,以及你在无人注意时所做的奇怪事情。

最具讽刺意味的是,人类的大脑是如此复杂,以至于它几乎不可能真正理解自己,尽管它的处理能力很强。但这并不能阻止科学家团队试图建立一个完整的人类大脑接线图,即所谓的“连接体”。

现在,来自哈佛大学和谷歌研究中心的一个团队取得了重大突破,发布了有史以来最大的人类大脑神经连接数据集。或者至少是其中的一小块 —— 这个样本的尺寸只有1毫米,大约是一颗罂粟种子的大小。但在这个空间里包含着令人难以置信的57000个神经元,230毫米的血管,以及1.5亿个突触。

仅绘制这一小块大脑就产生了惊人的1.4 PB(140万GB)数据。让我们用一些粗略的计算来看待这个问题 —— 一张标准的双层蓝光光盘可以存储50Gb的容量。这意味着绘制这一小块大脑生成的数据相当于28000张蓝光光盘。我们该如何想象这堆东西呢?嗯,每个蓝光盒有13毫米(0.5英寸)厚,所以如果你把它们全部堆叠起来,就有364米(1194英尺)高,或者比站在埃菲尔铁塔顶端的自由女神像还高。这一切都只是为了绘制一颗罂粟种子。

如果我们真的想要把这一点重新包装起来,人脑 —— 我们所知道的最密集的数据存储介质 —— 估计有2.5 PB的数据存储容量。这意味着大脑在加载了描述其自身1.5立方毫米的数据后就会耗尽空间。绘制完整的人类大脑将需要大约1EB的数据,这是欧洲核子研究中心大型强子对撞机数据中心的规模。

我们很难理解这样的数字,所以欣赏这些数据的最好方法就是看看这些令人惊叹的地图本身。研究人员根据样本中的神经元的大小和类型对它们进行了颜色编码,从而产生了看起来像茂密森林的图像。这里捕捉到的大脑区域是前颞叶的一部分,负责语义记忆。这意味着在丛林中呼啸而过的电信号包含了这个人对物体、单词、事实和其他人的知识。

这真的让人难以置信,就在这一刻,你看到的同样的神经元正在你自己的大脑里放电,因为它们试图理解第一次看到自己。

这些图像不仅展示了神经元之间的紧密联系,还揭示了其他一些意想不到的景象。由于未知的原因,一些神经元簇似乎以镜像成对的方式出现。另一些则显示了该团队所谓的“轴突螺旋”,神经元的长纤维部分将以一种从未见过的方式形成环状堆。研究人员表示,这可能是一种未知的癫痫症状,因为采集样本的患者患有这种疾病,或者它们可能只是健康脑组织中罕见的现象。

当然,这个样本只是朝着绘制整个人类大脑的最终目标迈出的一小步,但不用说,我们还有很长的路要走。到目前为止,研究人员已经从一个完整的蠕虫大脑到半个果蝇大脑,现在是人类大脑的一小部分,下一阶段将研究老鼠。

这项研究发表在《科学》杂志上。

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