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中國科學家提出啟動“全腦介觀神經聯接圖譜”國際合作計劃

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2018年5月2日,香山科學會議在北京召開第S40次學術討論會,與會科學家在會議上提出啟動“全腦介觀神經聯接圖譜”國際合作計劃(以下簡稱“計劃”)。該計劃目標于2020年完成十萬級神經元的斑馬魚大腦介觀圖譜,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)的因果關系等。

人類大腦是一個極其復雜的巨系統,腦內神經元、膠質細胞血管結構與功能信息的時空跨度可達十幾個數量級。在全腦尺度上解析結構和功能神經聯接圖譜是揭示腦工作原理的關鍵,也是全面理解認知功能神經基礎的必由之路。全腦介觀神經聯接圖譜介于“宏觀”和“微觀”之間,研究納米、微米級別的神經元細胞的類型和活動,既能反映出全腦情況,又能反映神經元精細結構甚至神經聯接情況,被科學家比喻為一項“既見森林、又見樹木甚或樹葉”的研究。

該計劃將由中國主導發起,科學家將陸續完成成立介觀腦圖譜研究中心、組建國內團隊與創新技術平臺,組建國際大計劃執行委員會、組建國際團隊和國際聯盟等工作。此次會議執行主席、中國科學院外籍院士、中國科學院神經科學研究所所長蒲慕明指出:“當前,腦圖譜繪制已成為各國科技戰略重點,主導發起全腦介觀神經聯接圖譜繪制是實現我國腦科學由‘并跑’向‘領跑’轉變,占據國際科技制高點的重要支撐。”

按照計劃,到2020年要完成有10萬個神經元的斑馬魚全腦介觀圖譜的繪制。“斑馬魚全腦介觀圖譜不只要繪制10萬個神經元的位置,還要完成神經元細胞的分類,還要完成神經元細胞的分類,確定上百種神經元細胞的輸入和輸出聯接及其活動,以及每個類型細胞活動的追蹤。”蒲慕明說。

目前,中科院自動化所已研制出擁有自主知識產權的高通量電鏡三維影像系統。利用該平臺,中科院神經科學研究所研究員杜久林團隊已開展了大腦體積約為0.125立方毫米的幼齡斑馬魚全腦神經聯接圖譜的繪制。中科院自動化所研究員韓華表示:“研究人員正在研發面向全腦規模的微觀尺度圖譜繪制技術,在儀器裝備和數據處理效率有數量級提升的條件下建立規模化作業的工程平臺,為即將啟動的國家腦計劃提供突觸水平神經聯接圖譜繪制的一站式解決方案。”

此外,更復雜的鼠腦、獼猴腦的圖譜繪制工作在同步推進。此次會議執行主席、華中科技大學副校長駱清銘帶領團隊利用歷時16年完成的顯微光學切片斷層成像技術,已獲得小鼠全腦及細胞構筑、血管網絡和神經元形態的三維重建圖譜。今年1月中國誕生的體細胞克隆猴,被視為明確所有基因序列、能實施可探測標記的全腦圖譜繪制的實驗樣本

與會專家期待,在該國際合作計劃中,我國科學家應掌握關鍵技術,并在國際執行委員會中占有一定人數和地位,加上足夠的資金和設備投入,才能真正實現主導角色

新聞日期:2018年05月02日

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