显微镜、组织制备和数据创新的结合可生成首创的大脑图谱，指定大脑中所有1800多亿个细胞的位置和类型。 图片来源：希尔曼实验室/哥伦比亚大学祖克曼研究所
科技日报记者 张梦然
据美国哥伦比亚大学官网近日报道，该大学和西奈山伊坎医学院研究人员正在开展一个项目，该项目将生成整个人类大脑及其所有1800多亿个细胞的综合图集。这些数据可帮助揭示大脑的结构和组织如何在疾病和健康中产生行为、情感和认知。
哥伦比亚大学祖克曼研究所教授、该项目负责人伊丽莎白·希尔曼博士说：“我们正在开发的技术应该可以在未来5年内实现对数十甚至数百个人类大脑的高速、大规模成像。由此产生的史无前例的数据宝库，应该打开通往以前无法获得的关于人类大脑的知识的道路。”
美国国立卫生研究院（NIH）将向该项目提供了910万美元的拨款。这笔资金由哥伦比亚大学、西奈山伊坎医学院和卡内基梅隆大学共享。研究团队计划开发一张脑图，绘制出构成大脑的许多不同类型细胞的多样性。自2014年以来，NIH“脑计划”已累计投入超过24亿美元的研究资金，以促进人类对大脑如何工作的理解。这个新项目由“脑计划”细胞普查网络资助，该网络成立于2017年，旨在鼓励研究人员寻找生成综合脑细胞图谱的方法。
“如果成功，我们的显微镜应该能够在几天内对整个人脑的细胞细节进行成像。”希尔曼博士说，“这些数据就像大脑的谷歌地球，能够分析不同类型人类脑细胞在不同长度尺度上的模式和分布。”
成像过程的第一步是将大脑仔细切割成5毫米厚的样本，并对其进行处理以使其完全透明。研究人员优化了人类大脑清除的方法，其中有一个步骤可为每个大脑部分注入一系列荧光标签，从而根据不同颜色识别单个细胞及其不同特性。
希尔曼正在为大脑图谱项目开发一种新的显微镜技术——人脑优化光片显微镜，它将以闪电般的速度运行，生成每个部分的大量彩色3D图像。“尝试用现有的传统仪器对整个人脑进行成像需要数年时间，”希尔曼说，“我们希望我们的这一系统能够在大约一周内对整个大脑进行成像。”
希尔曼补充说，这种速度将使全脑成像从一次性的概念验证转变为能够对数百个大脑进行成像的技术。“我们怀疑每个大脑都会非常不同，因此我们需要能够对大量大脑进行成像，以了解大脑在整个生命周期中的多样性，以了解人类大脑以及发育、神经和精神疾病中出现的问题。”