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来源:http://www.timer-motor.com 作者:科技中心 人气:150 发布时间:2020-02-16
摘要:大脑袋需要大数据 神经科学研究开始共享与集成数据 扩散磁共振成像仅是研究人员用来聚焦脑部许多数据的方法之一。 扩散磁共振成像仅是研究人员用来聚焦脑部许多数据的方法之一

大脑袋需要大数据 神经科学研究开始共享与集成数据

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扩散磁共振成像仅是研究人员用来聚焦脑部许多数据的方法之一。

扩散磁共振成像仅是研究人员用来聚焦脑部许多数据的方法之一。

澳门新葡萄京集团3522,全球各种大脑图谱计划正在展开,中国台湾的计划似乎有些小。当地科学家正在研究果蝇,通过单个神经元成像逆向编辑其大脑。他们的工作已经以惊人详细的程度制作了大脑电路的三维图像。

图片来源:Van Wedeen

研究人员仅需要一个计算机鼠标和一个网页浏览器就能追踪单个细胞并将其缩放回神经束交织的网络中。这些布线图看起来像挂毯上五颜六色的线,它们可以非常清晰地表明哪些细胞簇控制具体的行为。通过刺激具体的神经线路,研究人员能够提示一只果蝇拍打其左翅或是摇头,这一技能去年11月在美国加州圣迭戈举行的神经科学年会上导致参会者整个下午特别激动。

全球各种大脑图谱计划正在展开,中国台湾的计划似乎有些小。当地科学家正在研究果蝇,通过单个神经元成像逆向编辑其大脑。他们的工作已经以惊人详细的程度制作了大脑电路的三维图像。

但台湾新竹清华大学神经学家Ann-Shyn Chiang说,即便是对于这样一个小生物,也耗费了该团队整整十年以每个细胞10亿字节的比率绘制6万个神经元。这甚至不足果蝇属大脑神经细胞的一半。若以此推算,利用同样的方式绘制人脑中的860亿个神经元将要花费1700万年,Chiang在会议上报告说。

研究人员仅需要一个计算机鼠标和一个网页浏览器就能追踪单个细胞并将其缩放回神经束交织的网络中。这些布线图看起来像挂毯上五颜六色的线,它们可以非常清晰地表明哪些细胞簇控制具体的行为。通过刺激具体的神经线路,研究人员能够提示一只果蝇拍打其左翅或是摇头,这一技能去年11月在美国加州圣迭戈举行的神经科学年会上导致参会者整个下午特别激动。

其他的技术更加易于处理。2016年7月,一个国际团队发表了人脑褶皱外层——大脑皮层的图谱。很多科学家认为这是到目前为止最详细的人脑连接图。然而,即便在其最高空间分辨率,每个立体像素均包含数千万个神经元。这与以单细胞绘制果蝇神经元连接图可谓差别悬殊。

但台湾新竹清华大学神经学家Ann-Shyn Chiang说,即便是对于这样一个小生物,也耗费了该团队整整十年以每个细胞10亿字节的比率绘制6万个神经元。这甚至不足果蝇属大脑神经细胞的一半。若以此推算,利用同样的方式绘制人脑中的860亿个神经元将要花费1700万年,Chiang在会议上报告说。

所以,在神经生物学的世界里,大数据确实是庞大的数据量。尽管计算机基础设施和数据传输的进步,“大数据”革命数十年前曾席卷基因组学领域,如今神经科学家仍在努力应对他们所在领域的新革命。

其他的技术更加易于处理。2016年7月,一个国际团队发表了人脑褶皱外层——大脑皮层的图谱。很多科学家认为这是到目前为止最详细的人脑连接图。然而,即便在其最高空间分辨率,每个立体像素(三维物体最小的可分辨元素)均包含数千万个神经元。这与以单细胞绘制果蝇神经元连接图可谓差别悬殊。

有多大

所以,在神经生物学的世界里,大数据确实是庞大的数据量。尽管计算机基础设施和数据传输的进步,“大数据”革命数十年前曾席卷基因组学领域,如今神经科学家仍在努力应对他们所在领域的新革命。

这一部分是因为无论是什么物种,大脑都如此巨大、关联度如此之高。但它也来自于细胞难处理的维度。哺乳动物的神经元主要延伸长度和宽度的20万倍。如果用意大利面代表树突,那些神经元自身就超过1公里的1/3,或是4个美式足球场。

这一部分是因为无论是什么物种,大脑都如此巨大、关联度如此之高。但它也来自于细胞难处理的维度。哺乳动物的神经元主要延伸是其最小分支长度和宽度的20万倍。如果用意大利面代表树突,那些神经元自身就超过1公里的1/3,或是4个美式足球场。

在实验室中,研究人员通过成百上千个重叠的大脑切片图像堆叠跟踪其数千个投影,从而绘制每个神经元。以光为基础的显微镜能够承载0.25~0.5微米的分辨率,这足以跟踪一个神经元的主体。但想要揭示突触,纳米成像电子显微镜是必需的。更高的像素意味着观测领域更小和更多图片。更多图片意味着更多数据。

在实验室中,研究人员通过成百上千个重叠的大脑切片图像堆叠跟踪其数千个投影,从而绘制每个神经元。以光为基础的显微镜能够承载0.25~0.5微米的分辨率,这足以跟踪一个神经元的主体。但想要揭示突触(通过电子或化学信号流的分钟信号衔接点),纳米成像电子显微镜是必需的。更高的像素意味着观测领域更小和更多图片。更多图片意味着更多数据。

“我们不再是应对百万字节,甚至是千兆字节。”洛杉矶南加州大学神经成像实验室负责人Arthur Toga说,“我们应对的是兆兆字节。将它从一个地方挪到另一个地方就是一个问题。”两兆兆字节的数据将填满很多台式机的硬盘。

“我们不再是应对百万字节,甚至是千兆字节。”洛杉矶南加州大学神经成像实验室负责人Arthur Toga说,“我们应对的是兆兆字节。将它从一个地方挪到另一个地方就是一个问题。”两兆兆字节的数据将填满很多台式机的硬盘。

Chiang的果蝇团队对1兆兆字节的图像进行了梳理,以重建1000个神经细胞——少于果蝇属大脑的1%。HCP明尼波利斯明尼苏达大学共同首席研究员Kamil Ugurbil说,为了绘制人类大脑皮层图像,HCP研究人员分析了来自210名健康青年人的6兆兆字节的核磁共振成像数据。实验室可以从该项目的网站或更大的数据集中下载那些数据,每次下载那些8兆兆字节的文件需要花费200美元。

Chiang的果蝇团队对1兆兆字节的图像进行了梳理,以重建1000个神经细胞——少于果蝇属大脑的1%。HCP明尼波利斯明尼苏达大学共同首席研究员Kamil Ugurbil说,为了绘制人类大脑皮层图像,HCP研究人员分析了来自210名健康青年人的6兆兆字节的核磁共振成像数据。实验室可以从该项目的网站或更大的数据集中下载那些数据,每次下载那些8兆兆字节的文件需要花费200美元。

电生理学研究在计算方面也变得更加吃力。今天,研究人员通常每次记录数百个神经元。很快,它将会达到数千个;在5年内,将达到成千上万个,瑞士日内瓦大学神经学家Alexandre Pouget说。“这是我们将要发生的跳跃式前进。”

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