大脑“布线”类似高铁网络？中国科学家解析最大规模小鼠单神经元全脑投射图谱本文转自：文汇报神经元是大

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神经元是大脑最基本的组成单元，人类大脑中约有一千亿个神经元，它们类型丰富多样，其轴突就像森林中的藤蔓一般，盘根错节、纵横交错，神经元之间形成数量多达千万亿的突触连接，由此形成的大脑复杂度堪称世界之最，有“三磅宇宙”之称，它也是生命科学致力于攻克的最后“疆域” 。
就在世界各国都致力于解开大脑奥秘之时，中国科学家通过强强联手，在国际脑介观联接图谱领域，率先重构了小鼠前额叶皮层的6357个单神经元全脑投射图谱，建立了国际上最大的小鼠单神经元投射图谱数据库，并获得了一系列重要发现。
3月31日23点，国际著名学术期刊《自然-神经科学》杂志以封面文章的形式在线发表了题为《小鼠前额叶单神经元投射图谱》的研究论文。杂志审稿人称赞“该数据揭示了前额叶神经元令人惊叹的多样性”“为神经科学界提供了不可估量的宝贵资源” 。

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突破三大技术瓶颈
构建全脑介观图谱技术平台
这篇论文得来不易，它由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、神经科学国家重点实验室、上海脑科学与类脑研究中心严军研究组、徐宁龙研究组与华中科技大学苏州脑空间信息研究院、武汉光电国家研究中心龚辉团队合作完成。几乎每个课题组都在这个领域进行了长期的积累。
大脑皮层不同脑区之间的信息交流依赖于神经元的长程投射，拥有不同投射模式的神经元往往参与不同的脑功能。因此，研究神经元的投射模式及其基本规律对于理解大脑的组织结构和信息处理机制具有重要的意义。
“这就像茂密的森林，看起来枝叶交错，黑压压一片，根本看不清一棵棵树的样子，也就无从着手了解森林的组成和结构。”严军解释，科学家就要想办法，把大脑“丛林”中的树木一棵棵点亮，从而梳理清楚它们之间的架构，进而了解它们是如何工作的。
这就涉及三大技术瓶颈：神经元的稀疏标记、全脑连续光学成像、大规模神经元追踪与计算分析。而徐宁龙、龚辉、严军研究组，分别攻克了这三个难题。

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近年研究表明，以往已有较多研究的传统神经元类型中，还存在着更复杂、功能分工更精细的神经元亚型。然而，绘制小鼠等哺乳动物大脑中单神经元水平的全脑投射图谱，需要在太字节（TB）量级的全脑光学成像大数据中，对单神经元形态逐个进行三维重构。整个过程工作量大、极为复杂和耗时，是国际上公认的难题。
为解决这一问题，严军研究组的苟凌峰博士通过数年的努力攻关，自主开发了以Fast Neurite Tracer (FNT)为代表的TB级光学成像大数据神经元追踪及分析软件，为研究模式动物全脑神经联接图谱建立了一套国际领先的研究方法和流程。
【大脑“布线”类似高铁网络？中国科学家解析最大规模小鼠单神经元全脑投射图谱】前额叶全覆盖式解析
发现脑区等级结构
前额叶皮层在决策、工作记忆、注意力等高级认知功能中扮演重要角色，其结构和功能的异常会导致多种脑疾病。前额叶的神经元投射范围很广，几乎覆盖大部分脑区，包括皮层、纹状体、丘脑、中脑和后脑等。