腦，是我們每個(gè)人的“頂級(jí)配置”。我們之所以有喜怒哀樂(lè)，能夠?qū)W習(xí)、記憶、運(yùn)動(dòng)，擁有良好的睡眠，都離不開(kāi)大腦的調(diào)控。神經(jīng)元是大腦行使功能的基本單位，它的3D結(jié)構(gòu)特征可以揭示腦內(nèi)神經(jīng)信號(hào)的流動(dòng)，反映大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接，也是鑒定神經(jīng)元類(lèi)別的重要參數(shù)。

　　不過(guò)，想清晰地看清并重建大量神經(jīng)元全腦形態(tài)，還存在諸多瓶頸。10月13日，科技日?qǐng)?bào)記者從東南大學(xué)獲悉，該校聯(lián)合美國(guó)艾倫腦科學(xué)研究所、華中科技大學(xué)、溫州醫(yī)科大學(xué)、騰訊等機(jī)構(gòu)，生成了目前世界上數(shù)目最大的關(guān)于小鼠的1741個(gè)單細(xì)胞神經(jīng)元的數(shù)據(jù)集，并鑒定了來(lái)自皮層、屏狀核、丘腦和紋狀體等腦區(qū)的11種主要神經(jīng)元投射類(lèi)型，成果近日發(fā)表于國(guó)際期刊《自然》。

　　“雖然小鼠的大腦和人類(lèi)大腦存在差異，但是在結(jié)構(gòu)和細(xì)胞類(lèi)型方面大體上是相似的，因此鼠腦神經(jīng)元的研究為解析人腦的神經(jīng)元類(lèi)別以及探索神經(jīng)系統(tǒng)疾病如精神分裂癥、自閉癥、抑郁癥等的機(jī)制提供了重要信息。”論文共同第一作者、東南大學(xué)腦科學(xué)與智能技術(shù)研究院副研究員劉力娟告訴科技日?qǐng)?bào)記者。

　　諸多瓶頸曾制約全腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)重建

　　走進(jìn)東南大學(xué)腦科學(xué)與智能技術(shù)研究院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)東大腦智院），工作人員正在電腦前標(biāo)注鼠腦的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)信息。屏幕上的大腦輪廓中，盡管做了神經(jīng)元的選擇性標(biāo)記，神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)仍然密密麻麻，像一堆線(xiàn)團(tuán)。

　　人腦約有860億個(gè)神經(jīng)元，神經(jīng)元間的有序連接網(wǎng)絡(luò)決定了大腦能實(shí)現(xiàn)哪些功能。了解神經(jīng)元結(jié)構(gòu)，使連接路徑可視化，將有助于闡明神經(jīng)元的功能。

　　小鼠是研究腦科學(xué)的重要模式動(dòng)物，它們有學(xué)習(xí)、記憶和社交能力，其大腦擁有上億個(gè)神經(jīng)元，觀(guān)察小鼠的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)，對(duì)于了解人腦結(jié)構(gòu)和功能有重要參考價(jià)值。

　　不過(guò)，長(zhǎng)期以來(lái)，重建高通量的全腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)一直存在瓶頸。

　　“小鼠的腦只有約成人指甲蓋大小，而且有蛋白質(zhì)等結(jié)構(gòu)，不透明，所以普通的光學(xué)顯微成像技術(shù)很難獲得全腦圖像，這也是全腦研究的難點(diǎn)。”劉力娟說(shuō)，此次研究中，科研團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了選擇性標(biāo)記的小鼠品系樣本，中國(guó)科學(xué)院院士駱清銘教授以及華中科技大學(xué)龔輝教授團(tuán)隊(duì)完成了基于熒光顯微光學(xué)切片斷層成像系統(tǒng)的高分辨率小鼠全腦圖像采集。

　　但高分辨率也令小鼠全腦圖像體量巨大，達(dá)到15—20TB，這對(duì)圖像平臺(tái)的算法和數(shù)據(jù)處理能力形成很大挑戰(zhàn)。

　　“有的神經(jīng)元信號(hào)很弱，看清楚很難，而且神經(jīng)元分枝復(fù)雜，一旦追蹤錯(cuò)了，就無(wú)法準(zhǔn)確還原神經(jīng)元形態(tài)，也就是就追錯(cuò)了神經(jīng)元發(fā)送信號(hào)的路徑。”劉力娟所言非虛，全腦神經(jīng)元結(jié)構(gòu)龐大，某些小鼠的腦皮層細(xì)胞可以跨越兩個(gè)腦半球，且分枝繁多，總長(zhǎng)度可達(dá)40厘米左右，因此準(zhǔn)確快速地重建神經(jīng)元十分困難。