摘要：研究人员通过在小鼠脑组织中绘制一立方毫米的细胞，创建了迄今为止最大、最详细的哺乳动物大脑布线图1。作为一项具有里程碑意义的成就，该图还详细介绍了大规模单个神经元的活动——这是神经科学的首创。

通过分析小鼠一立方毫米的脑组织重建的 1,000 多个脑细胞的渲染图。图片来源：艾伦研究所

研究人员通过在小鼠脑组织中绘制一立方毫米的细胞，创建了迄今为止最大、最详细的哺乳动物大脑布线图1。作为一项具有里程碑意义的成就，该图还详细介绍了大规模单个神经元的活动——这是神经科学的首创。

高分辨率 3D 地图包含超过 200,000 个脑细胞，其中约 82,000 个是神经元。它还包括超过 5 亿个称为突触的神经元连接点和超过 4 公里的神经元连接点，所有这些都位于涉及视觉的大脑区域的一小块组织中。唯一具有同等比例的大脑地图是一立方毫米的人类大脑图谱，其中包括 16,000 个神经元和 1.5 亿个突触2。新地图还捕获了数以万计的神经元发射信号并相互交互以处理视觉信息的活动。

这张大脑活动图与接线图相结合，标志着连接组学的一个里程碑，该领域旨在显示大脑如何处理和组织信息。在大规模努力的背后是皮层网络机器智能 （MICrONS） 项目的 150 多名研究人员，他们在今天发表在《自然》和《自然方法》上的八篇论文中描述了他们的工作。MICrONS 项目已将其资源在线提供给神经科学界，其他团队已经在不同的研究中探索它们。

“他们设法做了一件我们神经科学界基本上在整个历史上都没有做过的事情，那就是能够将神经元的活动映射到非常多的神经元群的线路上，”马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的神经科学家 Mariela Petkova 说，她没有参与该项目。“我们从未见过这种规模。”

这些数据“真的非常漂亮，”华盛顿州西雅图艾伦脑科学研究所的神经科学家福雷斯特·科尔曼 （Forrest Collman） 说，他是这些研究的合著者。“看着它，你真的会对大脑的复杂性感到敬畏，这非常类似于仰望夜晚的星星。”

为了创建突破性地图，研究人员首先记录了小鼠视觉皮层中近 76,000 个神经元的放电，当时动物在两个小时内观看各种视频，包括《黑客帝国》的剪辑。然后，他们将小鼠的大脑一立方毫米切成数千个组织切片，每个组织切片的宽度约为人类头发宽度的百分之一。

立方毫米的大脑映射出壮观的细节

科学家们对每个切片进行成像，并将图像组合成 3D 地图。最后，他们使用人工智能和机器学习算法来注释神经元、它们的分支投影和突触。该团队还将地图中的神经元与它们对脑细胞活动的记录进行了匹配。

德国法兰克福马克斯普朗克脑研究所的神经科学家莫里茨·赫尔姆施塔特 （Moritz Helmstaedter） 表示，“在这种规模上功能和结构的结合”是前所未有的。这是“一项非常令人印象深刻的努力和成功”。

这项工作深入了解了塑造小鼠大脑神经回路的基本规则。例如，作者发现3与专门从事不同类型特征的神经元相比，皮层中对相似类型的视觉特征（例如某些形状或运动方向）做出反应的神经元通常会彼此之间形成更多的连接，无论它们相距多远。

人类大脑线粒体的第一张图谱是“开创性”的成就

科尔曼说，这些结果为神经科学中一个长期存在的理论增添了新的皱纹，即“一起发射的神经元连接在一起”。以前的研究仅在有限数量的神经元和突触中测试了这一理论。他补充说，目前的研究表明，“这条规则在皮层的所有不同组成部分中的应用程度存在差异”。

MICrONS 研究人员希望他们的数据集可以帮助揭示大脑中的各种特征和过程。“我们以不同的细节层次和不同的方式理解了各种各样的皮层区域。我认为这实际上只是将结构和功能联系起来的开始，”艾伦研究所的神经生物学家、MICrONS 论文的合著者 Clay Reid 说。

赫尔姆施塔特说，研究人员可以使用布线图来研究大脑如何存储和回忆视觉记忆，例如“我们对上次生日聚会或祖父母的回忆”。他补充说，这些是“关于哺乳动物皮层的重大悬而未决的问题，这些问题仍然非常基本”。

艾伦研究所的神经解剖学家、MICrONS 论文的另一位合著者努诺·马萨里科·达科斯塔 （Nuno Maçarico da Costa） 说，新发布的地图覆盖了小鼠大脑的 0.2% 左右，但 MICrONS 团队将测试绘制动物整个大脑的技术。

doi： https://doi.org/10.1038/d41586-025-01088-x

来源：人工智能学家