2014年全球十大突破技术：脑部图谱
2014-07-10 考特尼·汉弗莱斯 Tech Review
最近几年，神经生物学家在理解脑部作用机理方面获得了重大的进展。在未来几年中，欧洲的人脑项目将尝试创建一个人脑的计算模拟，而美国的BRAIN项目将为脑部活动绘制一幅大范围的图像。这些雄心勃勃的项目将从一个新的资源中受益：全面详细的脑部结构和不同脑区的图谱。作为人类脑项目的一部分，由德国和加拿大科学家带领的国际研究团队绘制了一幅三维脑图。这幅图比之前类似的图谱要清晰50倍，花费了10年
为了指导脑部的数字重建工作，由德国于利希研究中心（Jülich Research Centre）的卡特伦·阿穆兹（Katrin Amunts）领导的研究团队一开始使用MRI仪器为一名死亡的65岁女性的脑部成像。她的脑部被切成极薄的切片。科学家为脑切片染色后在平台式扫描仪上一片一片地成像。
随后，蒙特利尔神经疾病研究所（Montreal Neurological Institute）的艾伦·埃文斯（Alan Evans）和他的同事一道，把7404张图片组合成了一个约有1TB大小的数据集。切片过程扭曲、撕裂和撕破了组织，所以埃文斯必须在图片中修正这些问题，他还把所有图片调整到它们对应在脑部的原始位置上。
但结果很吸引人：一个可以缩放，并从内部观察细胞和组织排列的脑部模型。
斯坦福大学研发出的新技术Clarity可以为小鼠的脑部拍摄神经元和神经环路的图片
在20世纪初，德国神经解剖学家科比尼安·布洛德曼（Korbinian Brodmann）在显微镜下观察了脑切片的结构和组织后，把人脑皮层分成了近50个不同的区域。
“在过去100年中，我们基本上只有这么一个参考框架，”埃文斯说。现在他和同事正重做布洛德曼的工作：在不同的脑区之间绘制边界。他们的工作也许可以划分出100到200个不同的脑区，为科学家提供一副远更准确的不同脑功能的路线图。
“我们希望在未来能有一个真正意义上的细胞精度的脑部参照，”阿穆兹表示。他说的细胞精度不是20微米，而是约1到2微米。
这其实是一个让人生畏的目标。一个是计算方面的原因：埃文斯表示这样的脑部图谱也许会有几PB的数据（1PB约为1000TB），这让今天的计算机很难实时处理，尽管他对未来的计算能力表示乐观。另一个是物理方面的问题：脑组织只能被切得这么薄了。
新技术产生的进步，可以让科学家以极高的精度看到完整脑组织内部的细胞和神经纤维排列。阿穆兹正在研发这样一种技术：利用偏振光重建脑组织中神经纤维的三维结构。
此外，斯坦福大学的神经科学家和生物工程学家卡尔·代塞尔罗思（Karl Deisseroth）开发出了Clarity技术。这项技术可以允许科学家在完整的脑子里直接看到神经元和神经环路的结构。
与其他组织类似，脑子一般是不透明的，因为细胞中的脂肪会阻挡光线。Clarity会融化脂质，用胶状物质取代脂质，并让其他结构完整可见。
尽管Clarity可以用来研究完整的小鼠脑部，但完整的人脑对现在的Clarity技术来说仍然太大了。但是，代塞尔罗思表示，这项技术目前已经可以固定比脑组织的薄切片要大数千倍的人脑组织，让3D重建工作更方便，误差也更少。
埃文斯表示，虽然Clarity和偏振光成像技术目前可以给小块脑组织拍出像素极高的照片，“未来我们还是希望这些技术应用可以扩展到完整的人脑上。”
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图很漂亮，我好想有全文
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so good!
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