顯微鏡、組織制備和數據創新的結合可生成首創的大腦圖譜，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/哥倫比亞大學祖克曼研究所
科技日報記者 張夢然
據美國哥倫比亞大學官網近日報道，該大學和西奈山伊坎醫學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。這些數據可幫助揭示大腦的結構和組織如何在疾病和健康中產生行為、情感和認知。
哥倫比亞大學祖克曼研究所教授、該項目負責人伊麗莎白·希爾曼博士說：“我們正在開發的技術應該可以在未來5年內實現對數十甚至數百個人類大腦的高速、大規模成像。由此產生的史無前例的數據寶庫，應該打開通往以前無法獲得的關于人類大腦的知識的道路。”
美國國立衛生研究院（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、西奈山伊坎醫學院和卡內基梅隆大學共享。研究團隊計劃開發一張腦圖，繪制出構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”細胞普查網絡資助，該網絡成立于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，我們的顯微鏡應該能夠在幾天內對整個人腦的細胞細節進行成像。”希爾曼博士說，“這些數據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。”
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簽，從而根據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一種新的顯微鏡技術——人腦優化光片顯微鏡，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。“嘗試用現有的傳統儀器對整個人腦進行成像需要數年時間，”希爾曼說，“我們希望我們的這一系統能夠在大約一周內對整個大腦進行成像。”
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變為能夠對數百個大腦進行成像的技術。“我們懷疑每個大腦都會非常不同，因此我們需要能夠對大量大腦進行成像，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育、神經和精神疾病中出現的問題。”
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