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(xué)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(luò)面向全球開放共享。
中國科學(xué)院自動化研究所5月9日發(fā)布消息說，該所腦網(wǎng)絡(luò)組研究中心團(tuán)隊繪制全新獼猴腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜的成果論文，近日已在學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)通報》(Science Bulletin)發(fā)表，圖譜也已在腦網(wǎng)絡(luò)組研究中心官網(wǎng)開放共享，其相關(guān)數(shù)據(jù)可在“科學(xué)數(shù)據(jù)銀行”下載獲取。
為什么選獼猴繪制腦圖譜
研究團(tuán)隊介紹說，目前，大量腦科學(xué)研究將非人靈長類動物研究作為闡明認(rèn)知神經(jīng)基礎(chǔ)并促進(jìn)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的核心來源。獼猴作為研究人類認(rèn)知功能機制和模擬人類腦部疾病的理想模型，其在遺傳學(xué)、生理學(xué)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。
本項研究的總體思路。中國科學(xué)院自動化所/供圖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?fù)涞龋兄趯W(xué)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(biāo)準(zhǔn)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(xué)院自動化所腦網(wǎng)絡(luò)組研究中心團(tuán)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(luò)組圖譜，并建立其驗證和應(yīng)用體系，在腦圖譜領(lǐng)域達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
本項研究中，該團(tuán)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(luò)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)。
本項研究繪制的獼猴腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜。中國科學(xué)院自動化所/供圖全新獼猴腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜將獼猴大腦劃分為304個精細(xì)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(biāo)定量比較結(jié)果表明，該獼猴腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜不僅對腦區(qū)進(jìn)行合理且精細(xì)的分區(qū)、詳細(xì)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?fù)淠Ｊ�，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(xué)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(luò)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(luò)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(tuán)隊表示，本項研究利用細(xì)胞構(gòu)筑和介觀連接在分區(qū)邊界、連接準(zhǔn)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(luò)組圖譜在一定程度上具有生物學(xué)意義。
同時，全新獼猴腦網(wǎng)絡(luò)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(biāo)準(zhǔn)空間中提供宏觀連接、介觀連接以及組織學(xué)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(chǔ)，也為設(shè)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(luò)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(xué)、跨物種比較和大腦數(shù)字建模等重要研究領(lǐng)域發(fā)展。
以獼猴腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜為參考空間的多模態(tài)信息。中國科學(xué)院自動化所/供圖此外，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(zhǔn)。腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜繪制思想和方法還具有擴展到其他物種進(jìn)行比較研究的潛力，將在跨物種比較、轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)和計算建模方面發(fā)揮重要作用。
中國科學(xué)院自動化所腦網(wǎng)絡(luò)組研究中心團(tuán)隊表示，腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜是腦圖譜發(fā)展和神經(jīng)技術(shù)進(jìn)步的必然趨勢，也是腦科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)等相關(guān)學(xué)科取得突破的關(guān)鍵。
該團(tuán)隊目前正在持續(xù)收集數(shù)據(jù)，以進(jìn)一步完善獼猴腦網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)上，未來腦網(wǎng)絡(luò)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)