哈佛大學和谷歌合作 花10年製出最詳細大腦圖

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哈佛大學和谷歌合作分析人類大腦樣本,小於米粒的樣本產生3億圖像,繪製出最詳細人腦圖。圖為樣本中細胞、血管和髓磷脂的分布。圖右上為興奮性神經元,圖左下為抑制性神經元。圖/bioRxiv共享資源

【本報綜合外電報導】哈佛大學和谷歌合作分析小於米粒的人類大腦樣本,從中取得1400TB(terabytes)、足以寫成10億本書的資料,繪製出迄今為止最詳細的大腦圖像。

這一切要從10年前,哈佛分子與細胞生物學教授立克特曼(Jeff Lichtman)的實驗室收到1立方毫米腦部組織樣本說起。

這麼小小一點人腦,便含有5.7萬個細胞、230毫米的血管,及1.5億個神經元突觸。

立克特曼說:「將比米粒還小的樣本切開細看,真是美麗,可是隨著資料愈來愈多,我才發覺,這小不點內容太豐富,遠非我們所能處理。」

他的實驗室和谷歌科學家合作10年下來,製出3億幅世上最詳盡的高解析度人腦圖像。

樣本取自1名嚴重癲癇症患者腦部,立克特曼表示,為了終止癲癇症發作,從患者腦部取下一小粒樣本是標準程序,同時確保腦部組織是正常的,不過除了患者年齡和性別,有關病人的資料我們一概都不知。

為了進一步剖析,立克特曼團隊用鑽石鑲邊的銳利刀片,將樣本切成薄薄細片,再將這些細片鑲入硬樹脂,又再切成約30奈米厚度(相當於人類頭髮厚度的千分之一)的更細薄片,如果不用重金屬染色,連電子顯像都看不出來。

團隊將數千薄片用專製膠膜黏成一段「膠捲」,他表示,如果每一段都拍攝一張相片,把每一張相片上下前後都連結起來,就是顯微鏡下的腦部三度空間圖像。

因圖像占用巨量儲存空間,立克特曼想到2019年谷歌正在處理果蠅腦部的數位圖像,應有足夠的電腦硬體儲存人腦圖像,便接洽谷歌負責果蠅專案的資深科學家簡恩(Viren Jain)。

簡恩說:「哈佛團隊剖析人腦,拍攝3億張圖像、資料量巨大,因為都用高傳真顯像技術拍攝,清晰到每一個神經元突觸都很清楚。」

谷歌團隊還動用AI 技術,判別每張圖片裡細胞的類型及連結情況,最後製出腦部組織的3D互動模型,成為世上最大的人腦結構資料組。

谷歌將它放在Neuroglancer網站,兩人聯名在《科學》(Science)發表論文。

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