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基于电子显微镜数据的渲染，图片展示了大脑皮层片段中神经元的位置。图片来源：哈佛大学

研究人员以惊人的细节绘制了人类大脑的一小部分，由此产生的细胞图谱发表于5月9日出版的《科学》杂志，并已可在线获取。该图谱揭示了被称为神经元的脑细胞、缠绕自身成结的细胞，以及几乎互为镜像的成对神经元之间新的连接模式。

这张三维图谱覆盖了大约1立方毫米的体积，相当于整个大脑的百万分之一，包含了大约5.7万个细胞和1.5亿个突触，即神经元之间的连接。此外，图谱还包含了1.4拍字节的庞大数据。

这一大脑片段取自一名45岁的女性，当时她正在接受治疗癫痫的手术。该片段来自大脑皮层，这是大脑中负责学习、解决问题和处理感官信号的地方。研究人员将样本浸泡在防腐剂中，并用重金属染色，使细胞更容易被观察到。

美国哈佛大学神经科学家Jeff Lichtman和同事将样本切成大约5000片，每片只有34纳米厚，可以用于电子显微镜成像。

随后，美国谷歌公司神经科学家Viren Jain团队建立了一个人工智能模型，将显微镜图像拼接在一起，从而以三维方式重建了整个样本。“我记得这一刻，进入图谱，可以观察到这位女性大脑中的一个单独突触，然后放大到数百万个像素。”Jain说。

在详细研究该模型时，研究人员发现了非常规神经元，其中一些神经元之间有多达50个连接。Jain说：“一般而言，两个神经元之间最多有几个连接。”在其他地方，该模型显示了具有卷须的神经元，这些卷须围绕自身形成了结。Jain补充说：“以前没人见过这样的东西。”

研究小组还发现了一些几乎是彼此完美镜像的成对神经元。“我们发现两组树突会向两个不同方向移动，有时会形成一种镜像对称。”Jain说。目前还不清楚这一特征在大脑中的作用。

这张图谱太大了，大部分还需要人工检查，而且在将这么多图像拼接在一起的过程中，仍然可能存在错误。“数百个细胞已经被‘校对’，但显然这只是5万多个细胞中的百分之几。”Jain说。

研究人员希望其他人能帮忙校对图谱中自己感兴趣的部分。他们还计划从其他人身上提取类似的大脑样本，但在未来几十年里，不太可能绘制出整个大脑的图谱。

美国艾伦脑科学研究所所长曾红葵表示：“这篇论文确实是人类大脑皮层数据集的杰作。”免费获取的大量数据将“使科学家能够更深入研究人类大脑皮层中的微电路”。

更深入了解大脑皮层如何工作，可能会为治疗一些精神和神经退行性疾病提供线索。美国宾夕法尼亚州立大学神经科学家Yongsoo Kim说：“这张图谱提供了前所未有的细节，可以揭示神经连接的新规则，并有助于破译人类大脑的内部工作机制。”

相关论文信息：https://doi.org/10.1126/science.eadk4858