Google 用 40 万亿像素重建史上最清晰的果蝇大脑,你也可以看到

时间:2019-08-20 来源:www.xtranscription.com

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  与生命科学、人类疾病研究密切相关的动物,除了小白鼠、猴子这些动物,还有一个重要的动物是——果蝇。

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  从遗传学研究、生命发育研究,再到生物节律,不少诺贝尔获奖者的研究都与果蝇有关。而且果蝇的很多基因与人类同源。

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  ▲ 果蝇大脑的部分神经元

  近日,Google AI 宣布,他们与霍华德 · 休斯医学研究所 (HHMI) 、哈佛大学合同,使用数千个 TPU,重建了果蝇大脑。

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  ▲ Neuroglancer

  与此同时,他们还在 Neuroglancer 中公开了果蝇的大脑模型,公众可以通过下载或在线获取果蝇大脑神经网络的 3D 成像。值得一提的是,Neuroglancer 让庞大的数据可以做到可视化,并且实现交互。

  果蝇被作为试验动物,主要是因为它的大脑神经元数量较少,为 10 万个。而老鼠的大脑神经元有 1 亿个,人类大脑的多达 1000 亿个。

  重建果蝇大脑的过程是这样的:首先将果蝇的大脑切成数千张 40 纳米薄的薄片,然后使用透射电子显微镜对切片进行成像。接着,再将这些 2D 图像一层一层地拼接,组合成为 3D 成像。

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  ▲ 去年有学者也发布过类似的成果,图片来自 Juan Eugenio Iglesias

  在此之前也有学者和机构尝试通过类似的方法重建果蝇大脑,但在拼接的过程中,依然会出现一些误差。就像我们用很锋利的刀,把一个西瓜切成薄片,这个过程肯定会有果肉组织被刀刃带走。

  然而通过使用机器学习和神经网络模型,可以追踪那些切片有缺失的部位,让图像实现更好的拼接。

  这其中使用到一个名为 FFN(Feed ForWard Neural Network)的神经模型,也称为前馈神经网络。

  数千张 40 纳米薄的切片,共产生了 40 万亿像素的图像,在处理如此巨大的数据量时,研究人员使用了数千个云 TPU。

  然而目前这个联合项目也仅仅是重建了有史以来最清晰的果蝇大脑而已。

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  他们接下来要做的,是对果蝇大脑的学习、记忆和感知路径进行研究,这就需要他们对果蝇大脑神经元细胞的突触进行重建。这也不是一项简单的研究。

  从果蝇这些相对简约的动物身上,我们可以探寻生命和智力的本质。单从果蝇大脑到人类大脑,就更加遥远了,因为灵长动物与昆虫之间依然有着相当大的差异,比如意识、语言这些研究就必须在人类或非灵长类动物身上进行。

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  ▲ 图片来自:Neuralink

  今年 7 月,马斯克的脑机接口公司 Neuralink 发布了他们的脑机接口系统项目,将通过一台神经手术机器人向人类大脑快速植入大量 4-6 微米粗细的线,并且可以通过 USB-C 接口直接读取大脑信号,甚至用 iPhone 控制。

  然而我们依然处于脑机接口技术很原始的一个阶段。

  因为就目前全球的研究进度看来,我们对人类大脑的了解远远不够,先别说 1000 亿个神经细胞,人类现在甚至还不知道自己的大脑细胞究竟有多少种。

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