為什么有些人的大腦發(fā)現(xiàn)宇宙的規(guī)律，而另一些人卻創(chuàng)造出震撼人心的音樂(lè)或繪畫(huà)?記憶和意識(shí)是如何產(chǎn)生的?

我們可以觀察到數(shù)十億顆恒星并檢測(cè)到太空中的漣漪，但我們?nèi)匀粠缀醪涣私馕覀兊拇竽X，它可以使宇宙感到困惑。

它們的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和神經(jīng)元數(shù)量?jī)H是估計(jì)值。

現(xiàn)在，中國(guó)科學(xué)家正計(jì)劃繪制人腦中復(fù)雜的神經(jīng)元和血管的最清晰的三維圖。

這個(gè)雄心勃勃的項(xiàng)目就像為3千張巨大的森林拍攝照片，其中有近1000億棵大樹(shù)，不僅可以看到整個(gè)森林，還可以看到每棵樹(shù)上的所有樹(shù)枝和葉子。

研究負(fù)責(zé)人羅慶明說(shuō)：“我們目前的方法既看不到樹(shù)木，也看不到森林。我們的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)新方法以獲得高分辨率地圖，以清楚地看到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是如何連接的。”

華南理工大學(xué)海南大學(xué)校長(zhǎng)，華中科技大學(xué)蘇州腦智能研究所首席科學(xué)家羅說(shuō)，這項(xiàng)研究將有助于分析腦部疾病的機(jī)制，并促進(jìn)其發(fā)展。人工智能。

“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和大腦活動(dòng)的不斷變化對(duì)大腦功能的分析提出了巨大挑戰(zhàn)。但是我們認(rèn)為，大腦功能和活動(dòng)取決于基本細(xì)胞，就像電路網(wǎng)絡(luò)取決于其基本單位-電子組件一樣。”羅說(shuō)。

他說(shuō)：“不同類型的神經(jīng)元是分析腦功能以及診斷和治療腦部疾病的基礎(chǔ)。”

創(chuàng)新方法

52歲的羅出生于中國(guó)中部湖北省Qi春縣農(nóng)村。在中學(xué)時(shí)，他不得不借助煤油燈學(xué)習(xí)。放學(xué)后因砍柴砍柴以養(yǎng)家糊口，他手上仍留下疤痕。

在1990年代，Luo是美國(guó)的光電子研究人員，并且是有史以來(lái)第一個(gè)通過(guò)近紅外光學(xué)成像成功測(cè)量大腦活動(dòng)的人。他的技術(shù)獲得了美國(guó)專利。

但是，他離開(kāi)了國(guó)外高質(zhì)量的研究環(huán)境，并于1997年回到中國(guó)，在母校HUST工作。

羅說(shuō)：“我覺(jué)得我應(yīng)該為我的國(guó)家做出貢獻(xiàn)。”羅伊說(shuō)，他的項(xiàng)目的啟動(dòng)預(yù)算僅為20萬(wàn)元人民幣(約3萬(wàn)美元)，實(shí)驗(yàn)室面積為25平方米。

腦成像非常困難，因?yàn)樗枰煌瑢W(xué)科的專業(yè)知識(shí)。

羅說(shuō)：“大腦像豆腐一樣柔軟。很難固定大腦樣本并標(biāo)記內(nèi)部的神經(jīng)和血管。我們花了三年時(shí)間解決了這個(gè)問(wèn)題。”

“我們需要具有不同學(xué)術(shù)背景的研究人員，例如生物學(xué)家和化學(xué)家來(lái)準(zhǔn)備大腦樣本，需要具有光學(xué)，機(jī)械和控制技術(shù)的工程師和技術(shù)人員來(lái)開(kāi)發(fā)成像儀器，并需要計(jì)算機(jī)人才來(lái)處理數(shù)據(jù)和顯示結(jié)果。”

該團(tuán)隊(duì)花了八年的時(shí)間開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的腦成像儀器。

該成果于2010年底發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，并被評(píng)為2011年中國(guó)十大科學(xué)進(jìn)步之一。

映射腦

“如果將成像系統(tǒng)與相機(jī)進(jìn)行比較，我們首先要制造一臺(tái)黑白相機(jī)，然后為鼠標(biāo)大腦拍攝黑白照片，”羅說(shuō)。

從那時(shí)起，他的團(tuán)隊(duì)取得了一系列突破，以豐富的色彩拍攝了顯示鼠標(biāo)大腦驚人細(xì)節(jié)的照片。

2016年，該團(tuán)隊(duì)獲得了4.5億元人民幣的投資，成立了蘇州腦智能研究所，《自然》雜志對(duì)此進(jìn)行了報(bào)道。

在該研究所的一塵不染的實(shí)驗(yàn)室中，將老鼠大腦的樣本像琥珀一樣包裹在樹(shù)脂中，然后切成只有1微米厚的層。

每一層都經(jīng)過(guò)掃描和成像。切片約10,000層以獲得整個(gè)小鼠大腦的圖。

計(jì)算機(jī)上顯示的彩色神經(jīng)和血管系統(tǒng)圖像看起來(lái)像復(fù)雜的公路網(wǎng)。這是世界上最清晰的哺乳動(dòng)物大腦圖。

他說(shuō)：“我們已經(jīng)在小鼠身上取得了成功，并且正在努力繪制更先進(jìn)，更復(fù)雜的靈長(zhǎng)類動(dòng)物的大腦圖。”

“我們的最終目標(biāo)是帶領(lǐng)世界獲得人腦的精確地圖，這將有助于我們發(fā)現(xiàn)其秘密。”

技術(shù)挑戰(zhàn)

科學(xué)家估計(jì)，老鼠的大腦有數(shù)千萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元，猴的大腦有數(shù)十億，而人的大腦則有860億。

他說(shuō)：“我們不能僅僅通過(guò)增加更多的儀器來(lái)繪制人的大腦。成像后的海量數(shù)據(jù)將對(duì)存儲(chǔ)和分析提出巨大的挑戰(zhàn)。”

據(jù)估計(jì)，通過(guò)對(duì)人腦進(jìn)行成像所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將相當(dāng)于20萬(wàn)部4K超高清電影，這將填滿中國(guó)最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)雙威太陽(yáng)光電的所有存儲(chǔ)空間。

羅說(shuō)，計(jì)算是最大的技術(shù)瓶頸，繪制人的大腦必須等待IT技術(shù)的發(fā)展。

人腦掃描和成像也面臨道德挑戰(zhàn)。他說(shuō)：“我們用轉(zhuǎn)基因技術(shù)和病毒標(biāo)記技術(shù)標(biāo)記了小鼠大腦中的神經(jīng)元，而這種技術(shù)不能應(yīng)用于人腦。”

“有許多技術(shù)難題需要克服，但是我們相信隨著技術(shù)的發(fā)展，這些難題將得到解決。”

該團(tuán)隊(duì)與美國(guó)的實(shí)驗(yàn)室和研究所合作，為歐洲和其他國(guó)家的大腦研究提供數(shù)據(jù)。但羅希望中國(guó)推出自己的腦科學(xué)計(jì)劃。

腦科學(xué)被列為中國(guó)“十三五”規(guī)劃(2016-2020年)的重大科技項(xiàng)目之一。

羅說(shuō)：“這項(xiàng)研究將有助于促進(jìn)兒童的教育，并促進(jìn)腦相關(guān)疾病的診斷和治療，例如抑郁癥，帕金森氏病和阿爾茨海默氏病。”

“一旦我們有足夠的財(cái)政支持并集中精力，就有可能在五到十年內(nèi)獲得人腦的高分辨率地圖。”