發(fā)布日期：2018-06-07
戴上VR眼鏡，雙手各持一個手柄，眼前就會呈現出一個百轉千回的大腦神經元三維圖像，科學家可以在其中準確地描繪一個個神經元的走向、形態(tài)，為大腦神經元繪制出一張數字圖譜。
“人腦神經元總量高達860億個，被稱為宇宙中已知最復雜的機體構造，然而人類從事腦研究已近百年，仍然沒能搞清楚究竟有多少種神經元，以及它們的交互關系。”東南大學生命科學研究院院長謝維說。
在最近剛成立的東南大學腦科學與智能技術研究院，科技日報記者看到科研人員正運用可視化軟件和VR設備，重建單個腦神經元。
“腦子里怎么想的”還是個謎
腦科學研究不僅是當前國際科技前沿的熱點領域，也是理解自然和人類本身的“終極疆域”。目前，美國將神經元三維形態(tài)和基本類型作為重點研究領域，我國“科技創(chuàng)新2030重大項目”也已啟動“腦科學與類腦研究”。
一直以來，科學家最感興趣的是大腦究竟是如何實現認知功能。過去，我們僅知道在宏觀尺度上不同腦區(qū)的聯結與認識功能，比如腦核部分掌管人類日?；旧畹奶幚?，腦緣系統(tǒng)負責行動、情緒、記憶處理等功能，大腦皮質則負責人腦較高級的認知和情緒功能等。
但是，微觀尺度的大腦工作機制則要復雜得多。比如在微納米表現為突觸連接的分子構架與信號傳遞，在百微米尺度則表現為大腦皮質功能柱等局域神經回路與信息編碼。
謝維告訴科技日報記者，東南大學已經與美國艾倫腦研究所展開合作，定位腦科學前沿領域、為全世界提供腦科學大數據資源。此次成立的東南大學腦科學與智能技術研究院，意在整合各學科優(yōu)勢資源，打通腦科學研究成果和智能技術的壁壘，更好促進產、學、研融合。
讓“讀心術”這種超能力成真
“我們現在做的主要工作，就是將大腦神經元結構數字化，建成一個腦科學大數據庫，為生物醫(yī)學研究提供珍貴的數據資源。”在描述如何繪制大腦神經元3D圖譜時，東南大學艾倫聯合中心主任彭漢川形容為“海量大數據，高度復雜性”。
面對數百億神經元和海量數據，如果使用傳統(tǒng)的神經科學研究方法和數據計算分析方式，則無法對大腦進行有效的研究。東南大學今后將利用該校自主研發(fā)的傳感、采集設備和可視化軟件，率先開展腦神經元重建工作。
“我們這套人工智能軟件算法效率很高，3—4天就繪制一個腦神經元的數字圖譜，目前已經完成近40個神經元的數字化重建。今后有望使用新技術把效率提高幾十倍甚至上百倍。”彭漢川說。
繪制大腦神經元3D圖譜形成的腦科學大數據，將為兒童認知障礙、大腦疾病的干預治療、青少年腦智發(fā)育的規(guī)律探索，以及研究人的情緒變化，提供科學分析。
在東南大學兒童發(fā)展與學習科學教育部重點實驗室，一位研究人員頭戴連著各種線的奇怪帽子，他正在測試多模態(tài)社會情緒評測系統(tǒng)。受試人員的皮膚、心率、呼吸、腦電信號等被實時監(jiān)測。系統(tǒng)會基于腦電帽、近紅外、心電波、表情傳感器等，收集人的情感變化，實時判斷人的情緒，大屏幕上會根據情緒變化跳出笑臉或哭臉。
“有了腦科學大數據資源，再用一個‘腦電帽’傳感器，可以讓‘讀心術’的超能力成真。”實驗室主任鄭文明介紹說，這套系統(tǒng)已經在南京腦科醫(yī)院試用，它可以自動分析出人的情緒調節(jié)能力、同感能力，目前已對100多例兒童孤獨癥、自閉癥進行早期篩查評測。
來源：科技日報
