人腦是由數(shù)十億個神經(jīng)細(xì)胞構(gòu)成的錯綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，不斷處理著各種信號，使人們能夠認(rèn)知、思考、回憶或進(jìn)行身體活動。要理解這個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，就需要精確觀察這些神經(jīng)細(xì)胞是如何排列和連接的。奧地利科學(xué)技術(shù)研究所（ISTA）和谷歌研究院團(tuán)隊開發(fā)的一種新型顯微鏡技術(shù)“LICONN”（基于光學(xué)顯微鏡的連接組學(xué)），為揭開大腦奧秘提供了助力。相關(guān)論文5月7日發(fā)表于《自然》雜志。

LICONN能夠重現(xiàn)腦組織以及神經(jīng)元之間的所有突觸連接。它利用標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)顯微鏡進(jìn)行圖像采集，并將復(fù)雜的分子機(jī)制與神經(jīng)元結(jié)構(gòu)可視化。它就像一個“拼圖高手”，將每個突觸連接正確地與其對應(yīng)的神經(jīng)元相連，組裝出復(fù)雜的大腦網(wǎng)絡(luò)。

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谷歌研究的深度學(xué)習(xí)技術(shù)可以預(yù)測神經(jīng)元結(jié)構(gòu)及其在腦組織內(nèi)的位置。

團(tuán)隊稱，到目前為止，還沒有其他光學(xué)顯微鏡技術(shù)能做到這一點(diǎn)。

要獲得高清晰細(xì)節(jié)，分辨率必須極高，在幾十納米左右。為此，團(tuán)隊利用了水凝膠的化學(xué)和物理特性。水凝膠能吸水膨脹，但膨脹過程受到嚴(yán)格控制。他們將大腦組織嵌入水凝膠中。細(xì)胞成分與水凝膠相連，使細(xì)胞的精細(xì)超微結(jié)構(gòu)被印在水凝膠上，保留下來以供顯微鏡觀察。

傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的分辨率通常為250—300納米，新技術(shù)將有效分辨率提高了16倍，達(dá)到了20納米以下。

與此同時，谷歌的人工智能技術(shù)能在更大范圍內(nèi)自動識別神經(jīng)元及其復(fù)雜結(jié)構(gòu)，使重建所有細(xì)胞成分這一艱巨任務(wù)變得切實可行。

通過遵循這一全面的流程，團(tuán)隊創(chuàng)建了大腦網(wǎng)絡(luò)的3D渲染圖，不僅精確地重現(xiàn)大腦組織，還可視化了神經(jīng)元連接和網(wǎng)絡(luò)。他們表示，LICONN使科學(xué)家離拼裝出哺乳動物大腦圖更近了一步，也有助于更好地理解大腦在健康和疾病狀態(tài)下的功能。