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  • 想知道大腦如何運作?先畫一張腦數(shù)字圖譜

    2018-06-07 12:40:13  來源:科技日報  


    [摘要]戴上VR眼鏡,雙手各持一個手柄,眼前就會呈現(xiàn)出一個百轉千回的大腦神經元三維圖像,科學家可以在其中準確地描繪一個個神經元的走向、形態(tài),為大腦神經元繪制出一張數(shù)字圖譜。...

      戴上VR眼鏡,雙手各持一個手柄,眼前就會呈現(xiàn)出一個百轉千回的大腦神經元三維圖像,科學家可以在其中準確地描繪一個個神經元的走向、形態(tài),為大腦神經元繪制出一張數(shù)字圖譜。

      “人腦神經元總量高達860億個,被稱為宇宙中已知最復雜的機體構造,然而人類從事腦研究已近百年,仍然沒能搞清楚究竟有多少種神經元,以及它們的交互關系。”東南大學生命科學研究院院長謝維說。

      在最近剛成立的東南大學腦科學與智能技術研究院,科技日報記者看到科研人員正運用可視化軟件和VR設備,重建單個腦神經元。

      “腦子里怎么想的”還是個謎

      腦科學研究不僅是當前國際科技前沿的熱點領域,也是理解自然和人類本身的“終極疆域”。目前,美國將神經元三維形態(tài)和基本類型作為重點研究領域,我國“科技創(chuàng)新2030重大項目”也已啟動“腦科學與類腦研究”。

      一直以來,科學家最感興趣的是大腦究竟是如何實現(xiàn)認知功能。過去,我們僅知道在宏觀尺度上不同腦區(qū)的聯(lián)結與認識功能,比如腦核部分掌管人類日?;旧畹奶幚?,腦緣系統(tǒng)負責行動、情緒、記憶處理等功能,大腦皮質則負責人腦較高級的認知和情緒功能等。

      但是,微觀尺度的大腦工作機制則要復雜得多。比如在微納米表現(xiàn)為突觸連接的分子構架與信號傳遞,在百微米尺度則表現(xiàn)為大腦皮質功能柱等局域神經回路與信息編碼。

      謝維告訴科技日報記者,東南大學已經與美國艾倫腦研究所展開合作,定位腦科學前沿領域、為全世界提供腦科學大數(shù)據(jù)資源。此次成立的東南大學腦科學與智能技術研究院,意在整合各學科優(yōu)勢資源,打通腦科學研究成果和智能技術的壁壘,更好促進產、學、研融合。

      讓“讀心術”這種超能力成真

      “我們現(xiàn)在做的主要工作,就是將大腦神經元結構數(shù)字化,建成一個腦科學大數(shù)據(jù)庫,為生物醫(yī)學研究提供珍貴的數(shù)據(jù)資源。”在描述如何繪制大腦神經元3D圖譜時,東南大學艾倫聯(lián)合中心主任彭漢川形容為“海量大數(shù)據(jù),高度復雜性”。

      面對數(shù)百億神經元和海量數(shù)據(jù),如果使用傳統(tǒng)的神經科學研究方法和數(shù)據(jù)計算分析方式,則無法對大腦進行有效的研究。東南大學今后將利用該校自主研發(fā)的傳感、采集設備和可視化軟件,率先開展腦神經元重建工作。

      “我們這套人工智能軟件算法效率很高,3—4天就繪制一個腦神經元的數(shù)字圖譜,目前已經完成近40個神經元的數(shù)字化重建。今后有望使用新技術把效率提高幾十倍甚至上百倍。”彭漢川說。

      繪制大腦神經元3D圖譜形成的腦科學大數(shù)據(jù),將為兒童認知障礙、大腦疾病的干預治療、青少年腦智發(fā)育的規(guī)律探索,以及研究人的情緒變化,提供科學分析。

      在東南大學兒童發(fā)展與學習科學教育部重點實驗室,一位研究人員頭戴連著各種線的奇怪帽子,他正在測試多模態(tài)社會情緒評測系統(tǒng)。受試人員的皮膚、心率、呼吸、腦電信號等被實時監(jiān)測。系統(tǒng)會基于腦電帽、近紅外、心電波、表情傳感器等,收集人的情感變化,實時判斷人的情緒,大屏幕上會根據(jù)情緒變化跳出笑臉或哭臉。

      “有了腦科學大數(shù)據(jù)資源,再用一個‘腦電帽’傳感器,可以讓‘讀心術’的超能力成真。”實驗室主任鄭文明介紹說,這套系統(tǒng)已經在南京腦科醫(yī)院試用,它可以自動分析出人的情緒調節(jié)能力、同感能力,目前已對100多例兒童孤獨癥、自閉癥進行早期篩查評測。(記者 張 曄)

    編輯: 張潔

    相關熱詞: 大腦神經元 腦科學 腦電信號
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