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2020年我国将绘成斑马鱼全脑介观图谱


“到2020年完成有20万个神经元的斑马鱼全脑介观图谱的绘制。”5月2日,香山科学会议召开“全脑介观神经联接图谱”国际合作计划特别会议,中国科学院外籍院士、中国科学院神经科学研究所所长蒲慕明介绍,中国科学家将从模式动物斑马鱼入手从全脑尺度上解读脑工作原理,利用期间形成的脑科学研究技术,进一步于2030年完成猕猴全脑介观图谱。

“介观”介于“宏观”和“微观”之间,研究纳米、微米级别的神经元细胞的类型和活动。“斑马鱼全脑介观图谱不只要绘制20万个神经元的位置,还要完成神经元细胞的分类,并确定几百种神经元细胞的输入和输出活动,每个种类完成至少10个脑活动的追踪。”蒲慕明说。可以理解为,画出神经元分布图、确定“角色”(哪些管运动、哪些管情感、哪些管思考)、确定动作或情感与神经元“输入”“输出”的对应关系。

“介观全脑活动数据量巨大,以50纳米为层高边切片边扫描,完成1立方毫米的鼠脑活动的高效成像、数据解析为例,利用现有仪器需要9年时间。”中科院自动化所研究员韩华介绍,为此,他们研究的拥有自主知识产权的高通量电镜三维影像系统正在逐步提高成像技术和识别算法的速度,做到高精、快速。利用该平台,中科院神经科学研究所研究员杜久林团队完成了大脑体积约为0.5立方毫米的幼龄斑马鱼全脑神经联接图谱的绘制。

“我们还能实时捕获斑马鱼捕食草履虫时的神经活动,”杜久林说,这突破了两个此前的限制,一是全脑所有神经元活动的追踪、二是研究对象是清醒的斑马鱼而非标本。“下一步,我们将研究神经环路和功能的对应关系。”

斑马鱼之外,更复杂的鼠脑、猕猴脑的图谱绘制工作在同步推进。华中科技大学副校长骆清铭团队利用历时16年完成的显微光学切片断层成像技术,已获得小鼠全脑及细胞构筑、血管网络和神经元形态的三维重建图谱。今年1月中国诞生的体细胞克隆猴,被视为明确所有基因序列、能实施可探测标记的全脑图谱绘制的实验样本。

人脑研究全球仍未“破冰”,停留在脑区的宏观层面。2018年,北京大学发布了基于高质量大样本的中国人脑精细结构模板,使得中国人脑的研究无需基于西方人的结构模板。“多个中国医生的临床研究表明,中国人脑的语言区与西方国家发布的结构模板非常不同,不能照搬。”北京大学教授高家红说。


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