《细胞》：首获得哺乳动物大脑新皮层数字立体超微结构
将一个细胞大小的大脑组织的显微结构组装起来，竟用了6年时间。不过这事实确实如此，而且这并不是一
个消极怠工的团队，哈佛大学细胞生物学家Jeff Lichtman重建一小块小鼠脑组织数字结构的研究立刻受到极大
关注，这是超微数字重建领域的重要进展，因为这是第一次获得的哺乳动物大脑皮层三维显微结构图。该研究
论文最近发表在《细胞》杂志。
个消极怠工的团队，哈佛大学细胞生物学家Jeff Lichtman重建一小块小鼠脑组织数字结构的研究立刻受到极大
关注，这是超微数字重建领域的重要进展，因为这是第一次获得的哺乳动物大脑皮层三维显微结构图。该研究
论文最近发表在《细胞》杂志。
这个脑组织大小大约为1500立方微米，这和1000亿个细胞组成的人类大脑相差十分遥远。但是，西雅图艾伦
脑科学研究所主席Christof Koch认为，该研究采用的许多技术将会对未来十多年大脑研究产生巨大促进作
用。Lichtman小组已经瞄准了更大目标，向立方毫米大小大脑组织块三维数字结构重建冲击。这种大小的大脑
组织是最新这一报道的60万倍。研究将部分接受上月获得美国政府的智能先进研究项目活动IARPA资金支
持。IARPA属于高风险高回报研究项目，目标是联合哈佛和麻省理工学院对大脑的精细结构和功能进行分析，
最终解析大脑在学习等功能的细胞信息计算基础。新皮层是神经科学家非常有兴趣的区域，在人类和哺乳动物
相对比较发达。
大脑内神经元之间主要借助突触相互联系，借助突触化学递质信号可以在神经元之间传递，为适应大脑功
能的需要突触可以建立和消除。突触结构非常细小，只能借助电子显微镜才能观察。许多突触都形成于一个神
经元短的树突和另一个神经元长轴突之间。
能的需要突触可以建立和消除。突触结构非常细小，只能借助电子显微镜才能观察。许多突触都形成于一个神
经元短的树突和另一个神经元长轴突之间。
这一对大脑组织进行超微结构数字重建不是一个简单的工作。第一步，将脑皮层躯体感觉皮质用钻石刀片切成
几千张薄片。把这些大脑组织薄片连起来卷到一个特殊的塑料带上，每天大约能完成1000张切片。这些切片
用扫描电子显微镜进行分析拍照，这些显微镜功能足够强大能将突触囊泡清楚显示。
对组织超微结构进行重建，最难的就是如何区分两个邻近神经元的树突，因为他们相互纠缠在一起。另外一个
困难就是如何将相邻切片的结构准确拼接，因为经过多步骤操作，结构已经发生了很大改变。为克服这些问
题，这些科学家开发出计算机程序，给不同神经元分配不同的颜色，这样能跟踪每个不同切片中的同一个神经
元。这大大地提高了自动分析的范围和工作效率。这块组织十分小，难以包括一个完整的细胞，但已经包含超
过1600个神经元和其他6种非神经元神经组织细胞，大约有1700个神经突触。
这一研究发现了一些新的现象，例如，一些神经信息学家曾经推测，两个神经元之间形成突触主要是因为
两者在物理空间上接近，但最新这一研究否定了这一看法。突触形成表现出明显的偏好。这一现象已经在视网
膜和海马超微结构上被发现。英国爱丁堡大学神经学家Seth Grant说，目前正在进行的一些研究或许能给这种
偏好提供答案。
两者在物理空间上接近，但最新这一研究否定了这一看法。突触形成表现出明显的偏好。这一现象已经在视网
膜和海马超微结构上被发现。英国爱丁堡大学神经学家Seth Grant说，目前正在进行的一些研究或许能给这种
偏好提供答案。
Lichtman小组目前正在用同样方法分析新生儿小鼠大脑皮层，以分析是否突触联系在动物早期发育阶段有类似
现象。他们也对人类大脑皮层进行类似分析。
这种超微结构数字重建研究不仅能提高科学家对大脑功能的理解，而且能帮助设计出新的计算机计
算方法。IARPA目前正在与哈佛大学麻省理工学院联合智能实验室集团谈判，哈佛MIT联合实验室集团
由13个不同实验室组成，属于基于大脑皮层神经网络的机器智能MICrONS的一部分。IARPA负责人
JacobVogelstein说，MICrONS 的总体目标，是在学习大脑工作原理基础上，通过逆向工程彻底改变
机器的学习能力。IARPA也投资于神经科学，因为我们对人类的认知、行为和决策等大脑功能都有兴
趣。
算方法。IARPA目前正在与哈佛大学麻省理工学院联合智能实验室集团谈判，哈佛MIT联合实验室集团
由13个不同实验室组成，属于基于大脑皮层神经网络的机器智能MICrONS的一部分。IARPA负责人
JacobVogelstein说，MICrONS 的总体目标，是在学习大脑工作原理基础上，通过逆向工程彻底改变
机器的学习能力。IARPA也投资于神经科学，因为我们对人类的认知、行为和决策等大脑功能都有兴
趣。
