大腦是人體最為復(fù)雜和精密的器官，由約860億個(gè)神經(jīng)元和數(shù)萬(wàn)億個(gè)神經(jīng)聯(lián)接組成。作為神經(jīng)系統(tǒng)的核心，大腦負(fù)責(zé)調(diào)控人體的所有生理功能，包括感知、思考、記憶、情感、運(yùn)動(dòng)等，探究其本質(zhì)是國(guó)際腦科學(xué)研究一直以來(lái)的前沿?zé)狳c(diǎn)。
我國(guó)腦圖譜研究系列成果集中發(fā)布
經(jīng)過(guò)多年研究攻關(guān)，中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心、華大生命科學(xué)研究院等國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)，聯(lián)合法國(guó)、瑞典、英國(guó)等多國(guó)科學(xué)家，實(shí)現(xiàn)了在單細(xì)胞分辨率下從嚙齒類(lèi)到靈長(zhǎng)類(lèi)的腦圖譜繪制的跨越，十項(xiàng)重要成果昨天晚上在《細(xì)胞》系列期刊以專(zhuān)刊的形式發(fā)表。
本次集中發(fā)布的系列成果，覆蓋爬行類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)、嚙齒類(lèi)、非人靈長(zhǎng)類(lèi)和人類(lèi)等關(guān)鍵物種，進(jìn)一步擴(kuò)充了國(guó)際腦圖譜在跨物種比較和時(shí)空動(dòng)態(tài)解析方面的內(nèi)涵。與以往成果的點(diǎn)上突破不同，本次系列成果有望推動(dòng)實(shí)現(xiàn)從結(jié)構(gòu)到功能研究的跨越，為深入解密大腦提供了全新視角與關(guān)鍵手段。
中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心學(xué)術(shù)主任 蒲慕明：我們的腦計(jì)劃比其他國(guó)家，尤其歐美的腦計(jì)劃更為廣泛、更為全面，除了基礎(chǔ)腦科學(xué)以外，我們很重視它的實(shí)際應(yīng)用，就是在腦疾病的診斷治療方面，還有對(duì)新一代類(lèi)腦人工智能方面的推動(dòng)，包括腦機(jī)接口方面的推動(dòng)，是同時(shí)并行，所以我們有“一體兩翼”的規(guī)劃，“一體”就是基礎(chǔ)研究，“兩翼”就是兩個(gè)重大的應(yīng)用方向。
作為我國(guó)重點(diǎn)培育的國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃之一，腦圖譜大科學(xué)計(jì)劃的核心目標(biāo)逐步聚焦在繪制非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物和人腦全腦的單細(xì)胞精度的神經(jīng)聯(lián)接圖譜。本次腦圖譜大科學(xué)計(jì)劃系列成果由國(guó)內(nèi)外30多家科研機(jī)構(gòu)組成的超過(guò)300人的團(tuán)隊(duì)共同完成，將為理解腦功能機(jī)制等提供重要支撐。
中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心副主任 孫衍剛：腦圖譜的研究有非常重要意義，對(duì)于我們理解大腦的工作原理，去理解疾病、開(kāi)發(fā)疾病的一些治療的靶點(diǎn)和方案有非常重要的支撐。還有一個(gè)非常重要的意義就是可以借鑒人的大腦或者靈長(zhǎng)類(lèi)大腦的架構(gòu)原理，去啟發(fā)類(lèi)腦人工智能的發(fā)展。
世界首次繪制
獼猴前額葉神經(jīng)元全腦聯(lián)接圖譜
在靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的大腦中，前額葉皮層可以說(shuō)極為特殊，相當(dāng)于“執(zhí)行中心”，分析信息、決策執(zhí)行等高級(jí)認(rèn)知功能都和這個(gè)腦區(qū)有著密不可分的聯(lián)系，但其神經(jīng)聯(lián)接規(guī)律目前仍不清楚?，F(xiàn)在，我國(guó)科學(xué)家取得新的研究進(jìn)展，在世界上首次繪制了“非人靈長(zhǎng)類(lèi)前額葉皮層單神經(jīng)元分辨率的全腦聯(lián)接圖譜”，為深入解析靈長(zhǎng)類(lèi)高級(jí)認(rèn)知功能的神經(jīng)機(jī)制提供了重要的理論基礎(chǔ)。
利用自主研發(fā)的單神經(jīng)元形態(tài)重構(gòu)技術(shù)，科研團(tuán)隊(duì)重構(gòu)了獼猴前額葉皮層中2231個(gè)神經(jīng)元的全腦聯(lián)接，涵蓋了前額葉皮層的主要神經(jīng)元類(lèi)型。
中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心高級(jí)研究員 嚴(yán)軍：它們每一個(gè)神經(jīng)元的軸突，我們現(xiàn)在都在三維空間里面描繪出來(lái)了。神經(jīng)元的軸突是怎么經(jīng)過(guò)大腦的不同區(qū)域最后靶向到一些腦區(qū)的，這個(gè)給到我們一個(gè)三維全息的、非常細(xì)致的信息。
研究發(fā)現(xiàn)，與小鼠相比，獼猴前額葉神經(jīng)元具有高度的靶向?qū)Ｒ恍浴⒏俚妮S突分支和相對(duì)更集中的末梢分布，為研究靈長(zhǎng)類(lèi)的高級(jí)認(rèn)知功能提供了重要支撐。
中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心高級(jí)研究員 嚴(yán)軍：一個(gè)很根本的科學(xué)問(wèn)題，什么造成了我們?nèi)四X有能力處理非常復(fù)雜的信息？現(xiàn)在通過(guò)研究我們意識(shí)到，可能是因?yàn)槲覀兇竽X里面的神經(jīng)元都分工非常明確，比方說(shuō)每個(gè)神經(jīng)元的靶向都是非常單一的，都是非常專(zhuān)一化，在同一個(gè)腦區(qū)里面有非常多的神經(jīng)元各自干不同的事情。這種單一性的投射、布線(xiàn)的規(guī)則，是能夠幫助我們將來(lái)比方說(shuō)設(shè)計(jì)更好的人工智能的算法或者是器件，去模擬我們?nèi)四X的高級(jí)認(rèn)知功能。
腦圖譜大科學(xué)計(jì)劃進(jìn)入關(guān)鍵階段
從鼠腦約7000萬(wàn)神經(jīng)元，到獼猴腦約60億神經(jīng)元，再到人腦約860億神經(jīng)元，體積和復(fù)雜度呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。最新取得的系列成果，讓腦圖譜大科學(xué)計(jì)劃的研究目標(biāo)從小型動(dòng)物邁進(jìn)到繪制靈長(zhǎng)類(lèi)全腦聯(lián)接圖譜的關(guān)鍵階段。
中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心副主任 師詠勇：現(xiàn)在我們做的腦圖譜計(jì)劃，您就可以理解成生命科學(xué)領(lǐng)域里的另一個(gè)基因組計(jì)劃，而它比基因組計(jì)劃的要求更高。因?yàn)槿四X有860億個(gè)神經(jīng)元，這些神經(jīng)元之間的聯(lián)接甚至被認(rèn)為要有860億再乘以10的4次方這樣一個(gè)數(shù)量級(jí)，這個(gè)數(shù)據(jù)是驚人的大。而且這一些聯(lián)接和什么樣的腦功能有關(guān)，和什么樣的腦疾病的發(fā)生是有關(guān)系的，還有待大量的研究和驗(yàn)證。所以從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，這等于說(shuō)會(huì)開(kāi)創(chuàng)神經(jīng)科學(xué)和腦科學(xué)研究的全新的領(lǐng)域和世界。
中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心學(xué)術(shù)主任 蒲慕明：我們是希望在10年之內(nèi)，完全把獼猴的全腦聯(lián)接圖譜搞清楚，完全把獼猴的各個(gè)腦區(qū)，它所有種類(lèi)的神經(jīng)元全腦的聯(lián)接做出來(lái)，更進(jìn)一步理解人腦的功能，包括解決疾病的問(wèn)題。希望這個(gè)計(jì)劃完成之后，我們能夠把阿爾茨海默病的發(fā)病年齡往后延，能把它往后再推5年到10年，這是我們的目標(biāo)。就要早發(fā)現(xiàn)病癥早去干預(yù)，使癥狀出現(xiàn)的時(shí)間往后延，這就是我們真正對(duì)社會(huì)貢獻(xiàn)的直接指標(biāo)。
（總臺(tái)央視記者 帥俊全 任梅梅 韓文旸）
