顯微鏡、組織制備和數(shù)據(jù)創(chuàng)新的結(jié)合可生成首創(chuàng)的大腦圖譜，指定大腦中所有1800多億個細胞的位置和類型。 圖片來源：希爾曼實驗室/哥倫比亞大學(xué)祖克曼研究所
科技日報記者 張夢然
據(jù)美國哥倫比亞大學(xué)官網(wǎng)近日報道，該大學(xué)和西奈山伊坎醫(yī)學(xué)院研究人員正在開展一個項目，該項目將生成整個人類大腦及其所有1800多億個細胞的綜合圖集。這些數(shù)據(jù)可幫助揭示大腦的結(jié)構(gòu)和組織如何在疾病和健康中產(chǎn)生行為、情感和認知。
哥倫比亞大學(xué)祖克曼研究所教授、該項目負責(zé)人伊麗莎白·希爾曼博士說：“我們正在開發(fā)的技術(shù)應(yīng)該可以在未來5年內(nèi)實現(xiàn)對數(shù)十甚至數(shù)百個人類大腦的高速、大規(guī)模成像。由此產(chǎn)生的史無前例的數(shù)據(jù)寶庫，應(yīng)該打開通往以前無法獲得的關(guān)于人類大腦的知識的道路?！?/p>
美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）將向該項目提供了910萬美元的撥款。這筆資金由哥倫比亞大學(xué)、西奈山伊坎醫(yī)學(xué)院和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)共享。研究團隊計劃開發(fā)一張腦圖，繪制出構(gòu)成大腦的許多不同類型細胞的多樣性。自2014年以來，NIH“腦計劃”已累計投入超過24億美元的研究資金，以促進人類對大腦如何工作的理解。這個新項目由“腦計劃”細胞普查網(wǎng)絡(luò)資助，該網(wǎng)絡(luò)成立于2017年，旨在鼓勵研究人員尋找生成綜合腦細胞圖譜的方法。
“如果成功，我們的顯微鏡應(yīng)該能夠在幾天內(nèi)對整個人腦的細胞細節(jié)進行成像?！毕柭┦空f，“這些數(shù)據(jù)就像大腦的谷歌地球，能夠分析不同類型人類腦細胞在不同長度尺度上的模式和分布?！?/p>
成像過程的第一步是將大腦仔細切割成5毫米厚的樣本，并對其進行處理以使其完全透明。研究人員優(yōu)化了人類大腦清除的方法，其中有一個步驟可為每個大腦部分注入一系列熒光標(biāo)簽，從而根據(jù)不同顏色識別單個細胞及其不同特性。
希爾曼正在為大腦圖譜項目開發(fā)一種新的顯微鏡技術(shù)——人腦優(yōu)化光片顯微鏡，它將以閃電般的速度運行，生成每個部分的大量彩色3D圖像?！皣L試用現(xiàn)有的傳統(tǒng)儀器對整個人腦進行成像需要數(shù)年時間，”希爾曼說，“我們希望我們的這一系統(tǒng)能夠在大約一周內(nèi)對整個大腦進行成像?！?/p>
希爾曼補充說，這種速度將使全腦成像從一次性的概念驗證轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌驅(qū)?shù)百個大腦進行成像的技術(shù)?！拔覀儜岩擅總€大腦都會非常不同，因此我們需要能夠?qū)Υ罅看竽X進行成像，以了解大腦在整個生命周期中的多樣性，以了解人類大腦以及發(fā)育、神經(jīng)和精神疾病中出現(xiàn)的問題。”
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