中新網北京5月9日電 (記者 孫自法)如何看清楚大腦？中國科學家為此基于非人靈長類動物模型，最新研究繪制出狝猴腦部空間組織架構的全景式腦圖譜，并將這項對轉化到人類具有重要意義與影響的相關研究數據，通過網絡面向全球開放共享。
中國科學院自動化研究所5月9日發布消息說，該所腦網絡組研究中心團隊繪制全新狝猴腦網絡組圖譜的成果論文，近日已在學術期刊《科學通報》(Science Bulletin)發表，圖譜也已在腦網絡組研究中心官網開放共享，其相關數據可在“科學數據銀行”下載獲取。
為什么選狝猴繪制腦圖譜
研究團隊介紹說，目前，大量腦科學研究將非人靈長類動物研究作為闡明認知神經基礎并促進轉化醫學的核心來源。狝猴作為研究人類認知功能機制和模擬人類腦部疾病的理想模型，其在遺傳學、生理學和腦結構上與人類高度相似。因此，一份能夠描繪狝猴腦部空間組織架構的全景式腦圖譜對于將研究成果從狝猴轉化到人類具有重要意義。
本項研究的總體思路。中國科學院自動化所/供圖這樣的圖譜可以表征不同區域的特征，包括連接性、結構和幾何拓撲等，有助于學界理解腦的功能、發育發展和演化。不過，現有的圖譜構建主要集中在特定區域的片段化研究，而全面、標準的全腦尺度狝猴腦圖譜卻一直難以實現。
在過去幾十年中，研究人員嘗試創建各種狝猴腦圖譜，但多數都僅限于特定層面或特定區域的研究，無法全面揭示腦部組織規律及其功能的多樣性。
全新腦圖譜有何特色優勢
中國科學院自動化所腦網絡組研究中心團隊長期致力于腦圖譜領域的研究，近年來成功繪制首版人類腦網絡組圖譜，并建立其驗證和應用體系，在腦圖譜領域達到國際領先水平。
本項研究中，該團隊延續“基于腦連接信息繪制圖譜”思想，繪制出全新的狝猴腦網絡組圖譜(MacBNA)，其構建基于高空間和角度分辨率的彌散磁共振成像數據。
本項研究繪制的狝猴腦網絡組圖譜。中國科學院自動化所/供圖全新狝猴腦網絡組圖譜將狝猴大腦劃分為304個精細腦區結構，并定量描繪每個腦區的解剖和功能連接模式，為在宏觀尺度上明確大腦的組織模式提供不可或缺的工具。與其他狝猴腦圖譜的指標定量比較結果表明，該狝猴腦網絡組圖譜不僅對腦區進行合理且精細的分區、詳細描述每個腦區亞區之間的宏觀連接，還能很好表征大腦的連接拓撲模式，并作為可靠的參考系統，能夠有效整合多尺度腦圖像和多組學信息，從而多模態跨尺度呈現狝猴腦部空間組織架構。
作為一套描繪狝猴腦部空間組織架構的全景式腦圖譜，全新狝猴腦網絡組圖譜還將克服現有圖譜的諸多缺陷，包括僅針對特定解剖區域、僅有單一模態信息等局限性。同時，基于相同理論與方法繪制的人類和狝猴腦網絡組圖譜，將為從猴腦獲得的信息和知識有效地遷移到人腦發揮關鍵作用。
研究有哪些意義與影響
研究團隊表示，本項研究利用細胞構筑和介觀連接在分區邊界、連接準確度兩個方面驗證了圖譜結果的可靠性，揭示出狝猴腦網絡組圖譜在一定程度上具有生物學意義。
同時，全新狝猴腦網絡組圖譜還集成影像、染色切片和神經示蹤數據，在同一個標準空間中提供宏觀連接、介觀連接以及組織學信息，這既為全面地理解大腦不同尺度下的屬性、探究模態間的關系奠定堅實基礎，也為設計開發多模態融合、跨尺度計算等算法建立數據平臺。狝猴腦網絡組圖譜不僅為多層面地理解大腦功能的工作機理提供新的多模態空間地圖，也將推動轉化醫學、跨物種比較和大腦數字建模等重要研究領域發展。
以狝猴腦網絡組圖譜為參考空間的多模態信息。中國科學院自動化所/供圖此外，這次研究中的跨模態多尺度數據集還將提供一個開放獲取平臺，用于解決計算問題，例如建立狝猴數字孿生腦和跨尺度圖像配準。腦網絡組圖譜繪制思想和方法還具有擴展到其他物種進行比較研究的潛力，將在跨物種比較、轉化醫學和計算建模方面發揮重要作用。
中國科學院自動化所腦網絡組研究中心團隊表示，腦網絡組圖譜是腦圖譜發展和神經技術進步的必然趨勢，也是腦科學、認知科學等相關學科取得突破的關鍵。
該團隊目前正在持續收集數據，以進一步完善狝猴腦網絡組圖譜，并增加額外的神經示蹤和組織切片染色圖像。在已有成果基礎上，未來腦網絡組圖譜將沿著跨物種腦圖譜、多模態多尺度腦圖譜方向發展，為診斷治療、跨物種研究和啟發類腦智能等提供支撐。(完)