纳米级分辨率下重建的千兆像素人类大脑皮层片段

近日，哈佛大学与谷歌的研究人员对一立方毫米人类颞叶皮层进行了计算密集的超微结构重建，生成了纳米级分辨率的人类大脑皮层1立方毫米片段的重建图。该皮层样本取自一名45岁女性患者，通过治疗癫痫被手术移除。

该研究揭示了人类颞叶皮层之前未知的特征，并且开发了免费工具以便科研人员分析这些数据，作者共享了所有数据和用于分析的工具：https://h01-release.storage.googleapis.com/landing.html。研究成果发表在Science杂志上，名为 “A petavoxel fragment of human cerebral cortex reconstructed at nanoscale resolution”。

共享的H01数据集

研究人员借助电镜技术和数字化采集、计算校准和三维分割等方法逐层还原了颞叶皮层组织中的神经元、各类细胞和血管的清晰视图，并利用AI算法帮助识别突触前及突触后的成分。AI找到了大量被忽略的突触，其中67.1%属于兴奋性突触，32.9%为抑制性突触。最终在1立方毫米的大脑皮层中计算出，该皮层样本包含约5.7万个细胞、约230毫米血管及约1.5亿个突触。最后生成的图像数据可超过1400太字节（TB）。

研究小组还发现成对的神经元几乎是彼此的完美镜像。“我们发现两组树突会向两个不同的方向移动，有时会有一种镜像对称。”研究人员目前还不清楚这些特征在大脑中的作用。

西雅图艾伦脑科学研究所（Allen Institute for Brain Science）所长Hongkui Zeng表示，这篇论文确实是人类大脑皮层数据集的杰作。已经免费提供的大量数据将使科学界能够更深入地研究人类大脑皮层中的微电路。

对大脑皮层如何工作的更深入的了解可能会为如何治疗一些精神和神经退行性疾病提供线索。宾夕法尼亚州立大学的神经科学家Yongsoo Kim说：“这张地图提供了前所未有的细节，可以揭示神经连接的新规则，并有助于破译人类大脑的内部工作。”