中新網(wǎng)北京5月9日電 (記者 孫自法)如何看清楚大腦？中國科學家為此基于非人靈長類動物模型，最新研究繪制出獼猴腦部空間組織架構(gòu)的全景式腦圖譜，并將這項對轉(zhuǎn)化到人類具有重要意義與影響的相關(guān)研究數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡面向全球開放共享。

　　中國科學院自動化研究所5月9日發(fā)布消息說，該所腦網(wǎng)絡組研究中心團隊繪制全新獼猴腦網(wǎng)絡組圖譜的成果論文，近日已在學術(shù)期刊《科學通報》(Science Bulletin)發(fā)表，圖譜也已在腦網(wǎng)絡組研究中心官網(wǎng)開放共享，其相關(guān)數(shù)據(jù)可在“科學數(shù)據(jù)銀行”下載獲取。

　　為什么選獼猴繪制腦圖譜

　　研究團隊介紹說，目前，大量腦科學研究將非人靈長類動物研究作為闡明認知神經(jīng)基礎并促進轉(zhuǎn)化醫(yī)學的核心來源。獼猴作為研究人類認知功能機制和模擬人類腦部疾病的理想模型，其在遺傳學、生理學和腦結(jié)構(gòu)上與人類高度相似。因此，一份能夠描繪獼猴腦部空間組織架構(gòu)的全景式腦圖譜對于將研究成果從獼猴轉(zhuǎn)化到人類具有重要意義。

　　這樣的圖譜可以表征不同區(qū)域的特征，包括連接性、結(jié)構(gòu)和幾何拓撲等，有助于學界理解腦的功能、發(fā)育發(fā)展和演化。不過，現(xiàn)有的圖譜構(gòu)建主要集中在特定區(qū)域的片段化研究，而全面、標準的全腦尺度獼猴腦圖譜卻一直難以實現(xiàn)。

　　在過去幾十年中，研究人員嘗試創(chuàng)建各種獼猴腦圖譜，但多數(shù)都僅限于特定層面或特定區(qū)域的研究，無法全面揭示腦部組織規(guī)律及其功能的多樣性。

　　全新腦圖譜有何特色優(yōu)勢

　　中國科學院自動化所腦網(wǎng)絡組研究中心團隊長期致力于腦圖譜領(lǐng)域的研究，近年來成功繪制首版人類腦網(wǎng)絡組圖譜，并建立其驗證和應用體系，在腦圖譜領(lǐng)域達到國際領(lǐng)先水平。

　　本項研究中，該團隊延續(xù)“基于腦連接信息繪制圖譜”思想，繪制出全新的獼猴腦網(wǎng)絡組圖譜(MacBNA)，其構(gòu)建基于高空間和角度分辨率的彌散磁共振成像數(shù)據(jù)。

　　全新獼猴腦網(wǎng)絡組圖譜將獼猴大腦劃分為304個精細腦區(qū)結(jié)構(gòu)，并定量描繪每個腦區(qū)的解剖和功能連接模式，為在宏觀尺度上明確大腦的組織模式提供不可或缺的工具。與其他獼猴腦圖譜的指標定量比較結(jié)果表明，該獼猴腦網(wǎng)絡組圖譜不僅對腦區(qū)進行合理且精細的分區(qū)、詳細描述每個腦區(qū)亞區(qū)之間的宏觀連接，還能很好表征大腦的連接拓撲模式，并作為可靠的參考系統(tǒng)，能夠有效整合多尺度腦圖像和多組學信息，從而多模態(tài)跨尺度呈現(xiàn)獼猴腦部空間組織架構(gòu)。

　　作為一套描繪獼猴腦部空間組織架構(gòu)的全景式腦圖譜，全新獼猴腦網(wǎng)絡組圖譜還將克服現(xiàn)有圖譜的諸多缺陷，包括僅針對特定解剖區(qū)域、僅有單一模態(tài)信息等局限性。同時，基于相同理論與方法繪制的人類和獼猴腦網(wǎng)絡組圖譜，將為從猴腦獲得的信息和知識有效地遷移到人腦發(fā)揮關(guān)鍵作用。

　　研究有哪些意義與影響

　　研究團隊表示，本項研究利用細胞構(gòu)筑和介觀連接在分區(qū)邊界、連接準確度兩個方面驗證了圖譜結(jié)果的可靠性，揭示出獼猴腦網(wǎng)絡組圖譜在一定程度上具有生物學意義。

　　同時，全新獼猴腦網(wǎng)絡組圖譜還集成影像、染色切片和神經(jīng)示蹤數(shù)據(jù)，在同一個標準空間中提供宏觀連接、介觀連接以及組織學信息，這既為全面地理解大腦不同尺度下的屬性、探究模態(tài)間的關(guān)系奠定堅實基礎，也為設計開發(fā)多模態(tài)融合、跨尺度計算等算法建立數(shù)據(jù)平臺。獼猴腦網(wǎng)絡組圖譜不僅為多層面地理解大腦功能的工作機理提供新的多模態(tài)空間地圖，也將推動轉(zhuǎn)化醫(yī)學、跨物種比較和大腦數(shù)字建模等重要研究領(lǐng)域發(fā)展。

　　此外，這次研究中的跨模態(tài)多尺度數(shù)據(jù)集還將提供一個開放獲取平臺，用于解決計算問題，例如建立獼猴數(shù)字孿生腦和跨尺度圖像配準。腦網(wǎng)絡組圖譜繪制思想和方法還具有擴展到其他物種進行比較研究的潛力，將在跨物種比較、轉(zhuǎn)化醫(yī)學和計算建模方面發(fā)揮重要作用。

　　中國科學院自動化所腦網(wǎng)絡組研究中心團隊表示，腦網(wǎng)絡組圖譜是腦圖譜發(fā)展和神經(jīng)技術(shù)進步的必然趨勢，也是腦科學、認知科學等相關(guān)學科取得突破的關(guān)鍵。

　　該團隊目前正在持續(xù)收集數(shù)據(jù)，以進一步完善獼猴腦網(wǎng)絡組圖譜，并增加額外的神經(jīng)示蹤和組織切片染色圖像。在已有成果基礎上，未來腦網(wǎng)絡組圖譜將沿著跨物種腦圖譜、多模態(tài)多尺度腦圖譜方向發(fā)展，為診斷治療、跨物種研究和啟發(fā)類腦智能等提供支撐。(完)

責任編輯：王雨蜻