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中國(guó)科學(xué)家提出啟動(dòng)“全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜”國(guó)際合作計(jì)劃

[2018/5/4]

5月2日，香山科學(xué)會(huì)議在北京召開(kāi)第S40次學(xué)術(shù)討論會(huì)，與會(huì)科學(xué)家在會(huì)議上提出啟動(dòng)“全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜”國(guó)際合作計(jì)劃（以下簡(jiǎn)稱“計(jì)劃”）。該計(jì)劃目標(biāo)于2020年完成十萬(wàn)級(jí)神經(jīng)元的斑馬魚(yú)大腦介觀圖譜，2025年完成小鼠全腦介觀圖譜，2030年完成獼猴全腦介觀圖譜。圖譜將確定神經(jīng)元空間位置、“輸入”“輸出”、以及與大腦功能（如行為、情感等）的因果關(guān)系等。

人類大腦是一個(gè)極其復(fù)雜的巨系統(tǒng)，腦內(nèi)神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞、血管等結(jié)構(gòu)與功能信息的時(shí)空跨度可達(dá)十幾個(gè)數(shù)量級(jí)。在全腦尺度上解析結(jié)構(gòu)和功能神經(jīng)聯(lián)接圖譜是揭示腦工作原理的關(guān)鍵，也是全面理解認(rèn)知功能神經(jīng)基礎(chǔ)的必由之路。全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜介于“宏觀”和“微觀”之間，研究納米、微米級(jí)別的神經(jīng)元細(xì)胞的類型和活動(dòng)，既能反映出全腦情況，又能反映神經(jīng)元精細(xì)結(jié)構(gòu)甚至神經(jīng)聯(lián)接情況，被科學(xué)家比喻為一項(xiàng)“既見(jiàn)森林、又見(jiàn)樹(shù)木甚或樹(shù)葉”的研究。

該計(jì)劃將由中國(guó)主導(dǎo)發(fā)起，科學(xué)家將陸續(xù)完成成立介觀腦圖譜研究中心、組建國(guó)內(nèi)團(tuán)隊(duì)與創(chuàng)新技術(shù)平臺(tái)，組建國(guó)際大計(jì)劃執(zhí)行委員會(huì)、組建國(guó)際團(tuán)隊(duì)和國(guó)際聯(lián)盟等工作。此次會(huì)議執(zhí)行主席、中國(guó)科學(xué)院外籍院士、中國(guó)科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所所長(zhǎng)蒲慕明指出：“當(dāng)前，腦圖譜繪制已成為各國(guó)科技戰(zhàn)略重點(diǎn)，主導(dǎo)發(fā)起全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜繪制是實(shí)現(xiàn)我國(guó)腦科學(xué)由‘并跑’向‘領(lǐng)跑’轉(zhuǎn)變，占據(jù)國(guó)際科技制高點(diǎn)的重要支撐！

按照計(jì)劃，到2020年要完成有10萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元的斑馬魚(yú)全腦介觀圖譜的繪制！鞍唏R魚(yú)全腦介觀圖譜不只要繪制10萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元的位置，還要完成神經(jīng)元細(xì)胞的分類，還要完成神經(jīng)元細(xì)胞的分類，確定上百種神經(jīng)元細(xì)胞的輸入和輸出聯(lián)接及其活動(dòng)，以及每個(gè)類型細(xì)胞活動(dòng)的追蹤！逼涯矫髡f(shuō)。

目前，中科院自動(dòng)化所已研制出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高通量電鏡三維影像系統(tǒng)。利用該平臺(tái)，中科院神經(jīng)科學(xué)研究所研究員杜久林團(tuán)隊(duì)已開(kāi)展了大腦體積約為0.１２5立方毫米的幼齡斑馬魚(yú)全腦神經(jīng)聯(lián)接圖譜的繪制。中科院自動(dòng)化所研究員韓華表示：“研究人員正在研發(fā)面向全腦規(guī)模的微觀尺度圖譜繪制技術(shù)，在儀器裝備和數(shù)據(jù)處理效率有數(shù)量級(jí)提升的條件下建立規(guī)；鳂I(yè)的工程平臺(tái)，為即將啟動(dòng)的國(guó)家腦計(jì)劃提供突觸水平神經(jīng)聯(lián)接圖譜繪制的一站式解決方案！

此外，更復(fù)雜的鼠腦、獼猴腦的圖譜繪制工作在同步推進(jìn)。此次會(huì)議執(zhí)行主席、華中科技大學(xué)副校長(zhǎng)駱清銘帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)利用歷時(shí)16年完成的顯微光學(xué)切片斷層成像技術(shù)，已獲得小鼠全腦及細(xì)胞構(gòu)筑、血管網(wǎng)絡(luò)和神經(jīng)元形態(tài)的三維重建圖譜。今年1月中國(guó)誕生的體細(xì)胞克隆猴，被視為明確所有基因序列、能實(shí)施可探測(cè)標(biāo)記的全腦圖譜繪制的實(shí)驗(yàn)樣本。

與會(huì)專家期待，在該國(guó)際合作計(jì)劃中，我國(guó)科學(xué)家應(yīng)掌握關(guān)鍵技術(shù)，并在國(guó)際執(zhí)行委員會(huì)中占有一定人數(shù)和地位，加上足夠的資金和設(shè)備投入，才能真正實(shí)現(xiàn)主導(dǎo)角色。