神经网络体技术里程碑,Google与珍利亚研究园区联袂发布3D果蝇大脑神经连接图

一项引人入胜、具有开创性的研究,科学家搭建出迄今为止最详细、分辨率最高的3D大脑连接图。3D模型是由Google科学家和维吉尼亚州珍利亚研究园区(Janelia Research Campus)FlyEM团队合作发布,视觉上代表近2,000万个连接果蝇大脑25,000个神经元(Neuron)的突触(synapse)。

根据The Verge报道,这张图可认为是神经网络体(Connectomics)的里程碑,所谓神经网络体是利用先进成像技术关注大脑物理路径的技术。

果蝇的大脑大小和罂粟籽差不多,科学家决定搭建三分之一的3D模型图。到目前为止,只有C. Elegans蛔虫的整个神经系统如此搭建。毫无疑问是个里程碑,看似微小的任务,事实上是需要动用顶级技术与无数小时人力作业的极其耗时费力工作。

这只果蝇的大脑首先切成只有20微米厚切片,约人类头发宽度三分之一。果蝇是神经网络体专家的最爱,因大脑结构简单,但这类昆虫却表现出相当复杂的行为,如求偶舞。

获得的显微切片,由扫描式电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)发出的电子流扫射穿透。科学家得到包含50万亿3D立体像素(Voxel)的数据,然后再由负责关注每条细胞路径的算法完成最终成像。

3D果蝇大脑模型图解除“神经网络体”无限前景封印

尽管Google提供强大的运算力,Janelia团队还是花了2年和数十万小时,通过VR头戴设备与定制化3D编辑计算机应用程序,“校对”与验证2,000万个化学突触路径(proofreading)。

整个果蝇大脑包含约10万个神经元,然而计划只搭建了称为半脑(Hemibrain)的特定部分。人类大脑复杂得多,因包含近860亿个神经元。也因为如此,我们能搭建自己大脑路径完整图的日子还很遥远。一些怀疑者认为,神经网络体本身并没有直接回答任何问题,至少到目前为止是这样,且如此大规模的试验造成可分配到其他地方资源的浪费。

诺丁汉大学(University of Nottingham)神经学家Mark Humphries接受The Verge采访时表示,“重建毫无疑问是技术奇迹”,但“本身不会回答迫切的科学问题,但可能会抛出一些有趣的谜题”。

另一方面,一些专家认为,神经网络体将在未来几年结出丰硕的果实。“我相信人们对(神经网络体)能提供的东西已经等不及了。”生物医学工程师暨开放神经网络体计划(Open Connectome Project)联合创办人Joshua Vogelstein表示。

“通常从播种一项好技术到使用这项技术进行实际科学研究花费的时间约15年之久。现在15年过去了,我们可以开始从事科学研究了。”Vogelstein补充。

有关研究发现的全部数据及预刊论文已公布并上传网络。总之,完整的研究结果将在未来几周发布。

(首图来源:视频截屏)