比大海更加深不可測(cè)的就是人類的大腦了。對(duì)于大腦的研究以及腦疾病療法的開發(fā)，前提首先是要“看清”大腦。

隨著技術(shù)的發(fā)展，人類發(fā)明的很多技術(shù)都能夠幫助科學(xué)家觀察大腦。例如磁共振成像（MRI）是典型的宏觀腦圖譜繪制技術(shù)，它能幫助我們看到腦區(qū)層次的響應(yīng)和彼此聯(lián)接的關(guān)系；而電子顯微鏡則是繪制微觀腦圖譜的重要手段，可以用納米分辨率對(duì)局部突觸聯(lián)接進(jìn)行解析。

(資料圖片)

但宏觀與微觀的觀察手段都無法達(dá)到理想化，MRI雖能快速觀測(cè)全腦，但不能在神經(jīng)元/細(xì)胞分辨水平真實(shí)反映腦結(jié)構(gòu)與功能活動(dòng)，也就是說它“看不清”；電鏡的成像范圍又極其有限，難以“看全”，有人測(cè)算過，即使只對(duì)1立方毫米的腦組織進(jìn)行電子顯微鏡成像，也需要1萬(wàn)人1年的工作量。

為了使得科學(xué)家既能“看清”、又能“看全”大腦，中國(guó)科學(xué)院院士、海南大學(xué)校長(zhǎng)駱清銘帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)攻關(guān)20多年，開發(fā)了一種被稱為顯微光學(xué)切片斷層成像（MOST）的技術(shù)，從介觀層面來觀察大腦，能夠?qū)δX功能的基本單元神經(jīng)元細(xì)胞的完整形態(tài)及其組成的全腦網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接進(jìn)行清晰成像，這種成像方法的應(yīng)用前景廣闊。

11月27日，駱清銘在中國(guó)神經(jīng)科學(xué)學(xué)會(huì)第十五屆全國(guó)學(xué)術(shù)會(huì)議（CNS 2022）上介紹了MOST技術(shù)的進(jìn)展并回答了第一財(cái)經(jīng)記者的問題。

他介紹了MOST高分辨率成像技術(shù)的原理：通過用樹脂包裹住鼠腦，形成如同膠囊大小的“琥珀”，成像儀器的金剛石刀片將浸泡在溶液中的鼠腦標(biāo)本切割成1微米厚的薄片，邊切邊拍照，一只鼠腦大約切1萬(wàn)層，最后合成三維腦圖譜，由此獲得了目前世界上最清晰的哺乳動(dòng)物腦圖譜。

過去幾年中，憑借MOST技術(shù)，駱清銘團(tuán)隊(duì)在全球首次獲得了亞微米分辨率的小鼠全腦高分辨圖譜，并展示了鼠腦軸突的長(zhǎng)距離追蹤。

然而，比MOST更為宏大的計(jì)劃是繪制全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜。駱清銘告訴第一財(cái)經(jīng)記者，下一個(gè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)單神經(jīng)元分辨水平的全腦三維可視化，也就是精準(zhǔn)地定位大腦神經(jīng)。“目前全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜計(jì)劃已經(jīng)開始起跑，中國(guó)有望在這一大科學(xué)領(lǐng)域拔得頭籌，跑在世界前列。”他表示。

駱清銘研究光學(xué)出身，曾搭建雙光子成像系統(tǒng)，并嘗試在微電極陣列上培養(yǎng)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。在回答第一財(cái)經(jīng)記者為何從事腦科學(xué)研究時(shí)，他自稱是“搞工程的”、“不過對(duì)腦科學(xué)特別感興趣”。為此，他提出了腦空間信息學(xué)的概念，運(yùn)用新興的全腦高分辨精準(zhǔn)空間定位與成像方法，如全腦定位系統(tǒng)（BPS），既能在亞細(xì)胞分辨水平、又能在全腦范圍實(shí)現(xiàn)腦精細(xì)結(jié)構(gòu)的觀測(cè)。

而觀測(cè)只是第一步，根據(jù)駱清銘的設(shè)想，未來結(jié)合多種前沿腦科學(xué)研究技術(shù)，標(biāo)記、獲取、分析和可視化具有明確空間尺度和位置的精細(xì)腦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與功能信息，有望獲取三維精細(xì)的腦聯(lián)接圖譜、建立標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)體系。

在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用數(shù)據(jù)科學(xué)和計(jì)算神經(jīng)科學(xué)，未來科學(xué)家還能從大數(shù)據(jù)中提取跨層次、多尺度的腦聯(lián)接時(shí)空特征，如神經(jīng)元和血管走向、同類型神經(jīng)元的覆蓋范圍、神經(jīng)元之間的時(shí)空聯(lián)接特征及投射方向等，建立模型，揭示感知、記憶、意識(shí)和情感等腦聯(lián)接空間信息機(jī)制，從而促進(jìn)腦健康與智能技術(shù)的發(fā)展。

《自然》雜志幾年前曾對(duì)駱清銘發(fā)明的全腦定位系統(tǒng)進(jìn)行過專題報(bào)道，并引述國(guó)際專家評(píng)價(jià)稱：“這種以工業(yè)化的形式大規(guī)模、標(biāo)準(zhǔn)化地產(chǎn)生數(shù)據(jù)，將改變神經(jīng)科學(xué)已有的研究方式。”

駱清銘告訴第一財(cái)經(jīng)記者，這些成像設(shè)備都是自己采購(gòu)零部件來生產(chǎn)組裝制造，擁有全鏈條樣本處理、三維高分辨率全自動(dòng)成像、大數(shù)據(jù)處理與分析的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

第一財(cái)經(jīng)記者了解到，目前全腦定位系統(tǒng)已迅速為國(guó)內(nèi)外十余家神經(jīng)科學(xué)研究單位應(yīng)用，包括美國(guó)艾倫腦科學(xué)研究所、冷泉港實(shí)驗(yàn)室都在申請(qǐng)用MOST技術(shù)開展全腦細(xì)胞類型普查研究。

標(biāo)簽： 神經(jīng)科學(xué) MOST