米粒般腦樣本 繪3億幅人腦圖 哈佛谷歌10年功製出最詳細大腦圖

哈佛大學和谷歌合作分析人類大腦樣本，小於米粒的樣本產生3億圖像，繪製出最詳細人腦圖。圖爲樣本中細胞、血管和髓磷脂的分佈。圖右上爲興奮性神經元，圖左下爲抑制性神經元。(圖片來源爲bioRxiv共享資源)

哈佛大學和谷歌合作分析小於米粒的人類大腦樣本，從中取得1400TB(terabytes )、足以寫成10億本書的資料，繪製出迄今爲止最詳細的大腦圖像。

這一切，要從十年前哈佛分子與細胞生物學教授立克特曼(Jeff Lichtman)的實驗室，收到1立方毫米的腦部組織樣本說起。

這麼小小一點人腦，便含有5.7萬個細胞，230毫米的血管和1.5億個神經元突觸。

立克特曼說，「把這比米粒還小的樣本切開細看，真是美麗。可是隨着資料愈來愈多，我才發覺，這小不點 (內容太豐富) 遠非我們所能處理。」

他的實驗室和谷歌科學家合作十年下來，製出3億幅世上最詳盡的高解析度人腦圖像。

樣本取自一名嚴重癲癇症患者腦部。立克特曼說，爲了終止癲癇症發作，從患者腦部取下一小粒樣本是「標準程序」，同時確保腦部組織是正常的，「不過除了患者年齡和性別，有關病人的資料我們甚麼都不知。」

爲了進一步剖析，立克特曼團隊用鑽石鑲邊的銳利刀片，把樣本切成薄薄的細片，再把這些細片鑲入硬樹脂，又再切成約30奈米厚度 (相當於人類頭髮厚度的千分之一) 的更細薄片，如果不用重金屬染色，連電子顯像都看不出來。

團隊把數千薄片用專制的膠膜黏成一段「膠捲」：「如果每一段都拍攝一張相片，把每一張相片上下前後都連結起來，就是顯微鏡下的腦部三度空間圖像。」

因圖像佔用巨量儲存空間，立克特曼想到2019年穀歌正在處理果蠅腦部的數位圖像，應有足夠的電腦硬體儲存人腦圖像，便接洽谷歌負責果蠅專案的資深科學家簡恩(Viren Jain)。

簡恩說，哈佛團隊剖析人腦，拍攝了3億張圖像，資料量巨大，因爲都用高傳真顯像技術拍攝，清晰到每一個神經元突觸都很清楚。

谷歌團隊還動用了AI 技術，判別每張圖片裡細胞的類型及連結情況，最後製出腦部組織的3D互動模型，成爲世上最大的人腦結構資料組。谷歌把它放在Neuroglancer網站，兩人聯名在「科學」期刊發表論文。