作者:Alan Evans 来源:《科学》 发布时间:2013-6-24 9:25:44
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首张人脑超清三维图谱问世
历时10年 1万亿字节 清晰度提高50倍

首张人脑超清三维图谱问世。图片来源:AMUNTS, ZILLES, EVANS ET AL
 
历经10年的“大脑”(BigBrain)项目,创造了包含1万亿字节数据的高分辨率精密人脑解剖图。
 
一个由神经学家组成的国际团队,通过对一名65岁妇女的大脑样本进行切片研究和分析,制作出迄今为止最详细的完整三维人脑图。被称为“大脑”的这一图谱,非常精确和精细地展示了神经元组织,有助于弄清甚至重新定义几十年前解剖学研究所获得的大脑区域结构。
 
并未参与该研究的美国密苏里州圣路易斯华盛顿大学的神经生物学家David Van Essen说:“这些图像的质量类似于地图绘制员将所能创作出的最好作品带回17世纪。”他说,新的改进后的解剖准则使研究人员能合并不同类型的数据,例如基因表达、神经解剖学和神经活动,以更加精确地了解大脑的某些特定区域。
 
人类的大脑由一系列分布不均的神经元组成。这些神经元大小、形状不一(有三角形也有圆形),或多或少紧密地分布在不同的区域。“大脑”展示了在大脑皮质层和整个大脑区域中神经分布的变化,这些差异被认为和大脑中不同的功能单元有关。
 
这份人脑图汇编自7400个大脑切片,每个切片比一根人类头发丝还细小。显微镜成像过程大约花费了1000个小时,包含约1万亿字节的数据。德国和加拿大的超级电脑用时数年进行了大脑三维结构的重建。
 
研究人员将结果发表在6月20日出版的《科学》杂志上,完整的数据资料也将公开在网络上。“大脑”的分辨率为20微米,此前基于磁共振成像的人脑图分辨率为1毫米,其清晰度是普通扫描图的50倍以上。
 
加拿大麦吉尔大学蒙特利尔神经学研究所的神经病学家兼该研究的共同作者Alan Evans在6月19日的新闻发布会上说:“了解大脑内部的结构和生理特性将彻底改变我们的认识。”
 
“大脑”是欧盟“人脑工程”的组成部分,这一项目耗资10亿欧元,计划用10年时间,利用超级计算机模拟人类大脑。德国杜塞尔多夫海因里希·海涅大学的神经学家兼该研究的首席作者Katrin Amunts说,有关神经元集群的详细知识有助于为模拟设置逼真的参数。
 
Van Essen补充道:“尽管人脑图的数据仅来源于一个个体的大脑,但这是一个重要的开端,为未来从其他人脑破译数据打下基础。”Essen将“大脑”和首个人类基因组测序工作进行了比较。他说:“获得某一个个体的高清人脑图,具有很高的科学价值。”
 
该高清人脑图将作为其他数据集的一个重要参照,“大脑”的研究团队下一步计划和艾伦脑研究所展开合作。
 
Amunts表示,“大脑”项目从2003年开始,随着技术的不断进步,研究人员能以1微米的分辨率扫描大脑区域。但是以如此高分辨率完成另外一个图谱,将创造约2万万亿字节数据——即使是当今最先进的电脑也难以有效地处理如此大的数据量。
 
瑞典斯德哥尔摩国际神经信息学协调组织的执行理事Sean Hill说:“该技术正在持续地快速发展。”他指出,数据管理和处理的问题要求更多资源和精力的投入,目前神经系统科学正朝着大数据集的方向发展。
 
Amunts表示,研究小组目前正在绘制“大脑2号”图谱。(来源:中国科学报 段歆涔)
 
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