為什么有些人的大腦發(fā)現(xiàn)宇宙的規(guī)律，而另一些人卻創(chuàng)造出震撼人心的音樂或繪畫?記憶和意識是如何產(chǎn)生的?

我們可以觀察到數(shù)十億顆恒星并檢測到太空中的漣漪，但我們?nèi)匀粠缀醪涣私馕覀兊拇竽X，它可以使宇宙感到困惑。

它們的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和神經(jīng)元數(shù)量僅是估計值。

現(xiàn)在，中國科學(xué)家正計劃繪制人腦中復(fù)雜的神經(jīng)元和血管的最清晰的三維圖。

這個雄心勃勃的項目就像為3千張巨大的森林拍攝照片，其中有近1000億棵大樹，不僅可以看到整個森林，還可以看到每棵樹上的所有樹枝和葉子。

研究負(fù)責(zé)人羅慶明說：“我們目前的方法既看不到樹木，也看不到森林。我們的目標(biāo)是開發(fā)新方法以獲得高分辨率地圖，以清楚地看到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是如何連接的。”

華南理工大學(xué)海南大學(xué)校長，華中科技大學(xué)蘇州腦智能研究所首席科學(xué)家羅說，這項研究將有助于分析腦部疾病的機(jī)制，并促進(jìn)其發(fā)展。人工智能。

“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和大腦活動的不斷變化對大腦功能的分析提出了巨大挑戰(zhàn)。但是我們認(rèn)為，大腦功能和活動取決于基本細(xì)胞，就像電路網(wǎng)絡(luò)取決于其基本單位-電子組件一樣。”羅說。

他說：“不同類型的神經(jīng)元是分析腦功能以及診斷和治療腦部疾病的基礎(chǔ)。”

創(chuàng)新方法

52歲的羅出生于中國中部湖北省Qi春縣農(nóng)村。在中學(xué)時，他不得不借助煤油燈學(xué)習(xí)。放學(xué)后因砍柴砍柴以養(yǎng)家糊口，他手上仍留下疤痕。

在1990年代，Luo是美國的光電子研究人員，并且是有史以來第一個通過近紅外光學(xué)成像成功測量大腦活動的人。他的技術(shù)獲得了美國專利。

但是，他離開了國外高質(zhì)量的研究環(huán)境，并于1997年回到中國，在母校HUST工作。

羅說：“我覺得我應(yīng)該為我的國家做出貢獻(xiàn)。”羅伊說，他的項目的啟動預(yù)算僅為20萬元人民幣(約3萬美元)，實驗室面積為25平方米。

腦成像非常困難，因為它需要不同學(xué)科的專業(yè)知識。

羅說：“大腦像豆腐一樣柔軟。很難固定大腦樣本并標(biāo)記內(nèi)部的神經(jīng)和血管。我們花了三年時間解決了這個問題。”

“我們需要具有不同學(xué)術(shù)背景的研究人員，例如生物學(xué)家和化學(xué)家來準(zhǔn)備大腦樣本，需要具有光學(xué)，機(jī)械和控制技術(shù)的工程師和技術(shù)人員來開發(fā)成像儀器，并需要計算機(jī)人才來處理數(shù)據(jù)和顯示結(jié)果。”

該團(tuán)隊花了八年的時間開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的腦成像儀器。

該成果于2010年底發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，并被評為2011年中國十大科學(xué)進(jìn)步之一。

映射腦

“如果將成像系統(tǒng)與相機(jī)進(jìn)行比較，我們首先要制造一臺黑白相機(jī)，然后為鼠標(biāo)大腦拍攝黑白照片，”羅說。

從那時起，他的團(tuán)隊取得了一系列突破，以豐富的色彩拍攝了顯示鼠標(biāo)大腦驚人細(xì)節(jié)的照片。

2016年，該團(tuán)隊獲得了4.5億元人民幣的投資，成立了蘇州腦智能研究所，《自然》雜志對此進(jìn)行了報道。

在該研究所的一塵不染的實驗室中，將老鼠大腦的樣本像琥珀一樣包裹在樹脂中，然后切成只有1微米厚的層。

每一層都經(jīng)過掃描和成像。切片約10,000層以獲得整個小鼠大腦的圖。

計算機(jī)上顯示的彩色神經(jīng)和血管系統(tǒng)圖像看起來像復(fù)雜的公路網(wǎng)。這是世界上最清晰的哺乳動物大腦圖。

他說：“我們已經(jīng)在小鼠身上取得了成功，并且正在努力繪制更先進(jìn)，更復(fù)雜的靈長類動物的大腦圖。”

“我們的最終目標(biāo)是帶領(lǐng)世界獲得人腦的精確地圖，這將有助于我們發(fā)現(xiàn)其秘密。”

技術(shù)挑戰(zhàn)

科學(xué)家估計，老鼠的大腦有數(shù)千萬個神經(jīng)元，猴的大腦有數(shù)十億，而人的大腦則有860億。

他說：“我們不能僅僅通過增加更多的儀器來繪制人的大腦。成像后的海量數(shù)據(jù)將對存儲和分析提出巨大的挑戰(zhàn)。”

據(jù)估計，通過對人腦進(jìn)行成像所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將相當(dāng)于20萬部4K超高清電影，這將填滿中國最強(qiáng)大的超級計算機(jī)雙威太陽光電的所有存儲空間。

羅說，計算是最大的技術(shù)瓶頸，繪制人的大腦必須等待IT技術(shù)的發(fā)展。

人腦掃描和成像也面臨道德挑戰(zhàn)。他說：“我們用轉(zhuǎn)基因技術(shù)和病毒標(biāo)記技術(shù)標(biāo)記了小鼠大腦中的神經(jīng)元，而這種技術(shù)不能應(yīng)用于人腦。”

“有許多技術(shù)難題需要克服，但是我們相信隨著技術(shù)的發(fā)展，這些難題將得到解決。”

該團(tuán)隊與美國的實驗室和研究所合作，為歐洲和其他國家的大腦研究提供數(shù)據(jù)。但羅希望中國推出自己的腦科學(xué)計劃。

腦科學(xué)被列為中國“十三五”規(guī)劃(2016-2020年)的重大科技項目之一。

羅說：“這項研究將有助于促進(jìn)兒童的教育，并促進(jìn)腦相關(guān)疾病的診斷和治療，例如抑郁癥，帕金森氏病和阿爾茨海默氏病。”

“一旦我們有足夠的財政支持并集中精力，就有可能在五到十年內(nèi)獲得人腦的高分辨率地圖。”