科学家们近日成功绘制出目前最大规模的哺乳动物脑部布线图和功能图，涉及小鼠大脑中与视觉处理有关的一小部分组织。这次研究由“脑皮层网络的机器智能”（MICrONS）联盟的150多位科学家合作完成，并在小鼠初级视皮层的立方毫米大小样本中记录了20多万个细胞，其中包括约8.4万个神经元及大约5.24亿个突触连接。 研究团队首先在贝勒医学院进行了神经活动的初步映射，通过让实验小鼠在放置于跑步机上时观测包括《黑客帝国》电影片段在内的多种视频素材，记录其脑细胞反应。这些小鼠经过基因改造，在神经元激活时会发出荧光物质，便于科学家进行观察。再由艾伦研究所的科研人员将同一群神经元的图像组装成三维模型，普林斯顿大学的团队利用人工智能技术和机器学习算法，分析并重建了这些神经元及其连接模式。 此次绘制的大脑布线图总长度达到5.4公里左右，涵盖了初级视皮层中视觉信息处理的第一阶段。大脑皮层是大脑的外层，负责感知、判断、及运动计划与执行等有意识的功能。 贝勒医学院的神经学家Andreas Tolias认为，关于神经元功能如何在电路层面产生尚无定论，一个主要原因是需要在同一个神经元中同时研究功能与布线，而这项研究则是迄今为止将两者系统性统一的最大尝试。研究揭示了大脑中抑制性细胞连接的具体模式，这类细胞约占皮层神经元的15%。与普遍预期不同的是，抑制性细胞的连接并不随意，而是与特定类型的兴奋性细胞形成高度特化的连接。此外，皮层中存在四大类抑制性神经元，但其连接模式的特异性分割了这些分类，使得每个大类下的类型更加细化。 此项研究不仅深化了我们对小鼠大脑内部机制的理解，还可能为人类大脑的研究提供重要的线索。由于小鼠和人的大脑在多个层面上具有相似性，研究结果有望帮助科学家们洞察诸如自闭症和精神分裂症等由细微布线异常引发的脑部疾病的本质。同时，了解神经元布线如何精确塑造脑部功能，有助于揭开认知机制的基本原理。 对于这一突破，业内专家表示，它标志着在神经科学领域的一次重大进步，为后续研究神经疾病及开发更为先进的脑机接口技术提供了宝贵的基础资料。同时，MICrONS联盟的背景显示，这一多机构合作项目旨在从解析大脑皮层网络中汲取灵感，推动机器学习与人工智能的技术发展。