連接組和連接組計(jì)劃

顧凡及

復(fù)旦大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，上海 200433

2012年韓裔美國(guó)神經(jīng)科學(xué)家承現(xiàn)峻說(shuō)了一句話：“你不只是你的基因組，你是你的連接組。”[1]從而使“連接組”這一術(shù)語(yǔ)名聲大噪。連接組就是神經(jīng)系統(tǒng)中所有神經(jīng)細(xì)胞相互連接關(guān)系的總體。對(duì)于任何系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要想了解其工作機(jī)制，認(rèn)識(shí)其中元件的性質(zhì)和元件之間的連接線路圖和相互作用無(wú)疑是基礎(chǔ)性的。你之所以是你，而不是別人，遺傳所得的基因組固然決定了大方面，但是神經(jīng)細(xì)胞之間的相互聯(lián)系還需要通過(guò)后天的經(jīng)歷才能決定。所以每個(gè)人的腦都是獨(dú)一無(wú)二的，即使同卵雙胞胎的腦的連接組也不一樣。這就是承現(xiàn)峻那句名言的意思。人腦中有900億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞，它們彼此通過(guò)突觸形成150萬(wàn)億個(gè)連接。這樣巨大的數(shù)目自然使得要搞清楚連接組變得令人望而生畏。由于近年來(lái)技術(shù)的飛速發(fā)展，科學(xué)家開(kāi)始考慮這樣做的可能性。對(duì)于人類來(lái)說(shuō)，神經(jīng)細(xì)胞的種類數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于它們彼此之間的連接數(shù)(但是其確切數(shù)目我們依然不知道)，人腦的奇妙功能主要是由這些細(xì)胞的連接模式?jīng)Q定的，如果連接出了問(wèn)題，就會(huì)表現(xiàn)出形形色色的腦疾患。因此，對(duì)神經(jīng)細(xì)胞分類，特別是研究這些神經(jīng)細(xì)胞是怎樣彼此連接起來(lái)的，也就是畫(huà)出神經(jīng)細(xì)胞相互連接的“線路圖”就成了腦科學(xué)研究的一個(gè)基礎(chǔ)前沿課題。人們仿照基因組，把腦中甚至是整個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)中神經(jīng)細(xì)胞相互連接的總體稱為“連接組”(connectome)。研究連接組成了一門獨(dú)立的分支——連接組學(xué)(connectomics)。

連接組學(xué)的研究可以在微觀和宏觀兩個(gè)層次上進(jìn)行：在宏觀層次上，連接組學(xué)要確定所有皮層區(qū)以及與所有皮層下結(jié)構(gòu)之間在功能上和結(jié)構(gòu)上的連接；在微觀層次上，連接組學(xué)要畫(huà)出某個(gè)動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)中所有神經(jīng)細(xì)胞彼此之間相互聯(lián)結(jié)的線路圖。下面我們就按這兩個(gè)層次展開(kāi)討論。

1 宏觀連接組學(xué)研究和人類連接組計(jì)劃

宏觀連接組學(xué)的研究任務(wù)是確定幾百個(gè)功能各異的腦區(qū)，認(rèn)識(shí)這些腦區(qū)如何相互連接并由此產(chǎn)生種種行為，同時(shí)研究它們與各種神經(jīng)疾病與精神疾病的聯(lián)系。

新技術(shù)的開(kāi)發(fā)從來(lái)都是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的“助產(chǎn)士”。宏觀連接組研究得益于下列4種磁共振成像技術(shù)(MRI)，使得研究者可以在無(wú)損傷的情況下觀察人腦各腦區(qū)以及皮層下結(jié)構(gòu)之間的解剖結(jié)構(gòu)連接和功能連接：①結(jié)構(gòu)磁共振成像(structural MRI)，可以給出腦結(jié)構(gòu)的高分辨率圖譜；②任務(wù)激發(fā)功能磁共振成像(task-activated functional MRI, tfMRI)，利用活動(dòng)腦區(qū)血氧水平的變化檢測(cè)活動(dòng)腦區(qū)的技術(shù)；③擴(kuò)散磁共振成像(diffusion MRI, dMRI)，根據(jù)水分子沿軸突擴(kuò)散得出不同腦區(qū)之間的連接路徑，這常被稱為“結(jié)構(gòu)性連接”(圖1(a))；④靜息態(tài)功能磁共振成像(resting-state fMRI, rfMRI)，不給受試者任何智力任務(wù)時(shí)檢測(cè)到腦中同時(shí)激活或失活的區(qū)域，由此確定腦中哪些部位之間存在“功能性連接”(圖1(b))。當(dāng)前此類研究的一大挑戰(zhàn)是如何把由這4種不同方法得到的信息整合起來(lái)，以及提高這些成像技術(shù)的空間和時(shí)間分辨率。

圖1 用dMRI技術(shù)所得的人腦各區(qū)之間的連接通路(a)和用rfMRI所得的腦功能成像(b)(綠點(diǎn)代表目標(biāo)點(diǎn)，淺色區(qū)域表示和目標(biāo)點(diǎn)高度相關(guān)，深色區(qū)域表示和目標(biāo)點(diǎn)很少相關(guān)，相關(guān)越高表示其間的功能聯(lián)系越密切)[2]

為了研究正常青年人的宏觀連接組，2009年美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(NIH)宣布對(duì)人類連接組計(jì)劃(Human Connectome Project, HCP)公開(kāi)招標(biāo)，其研究目標(biāo)是用非侵入性成像技術(shù)采集健康年輕成年人的腦回路和連接信息，并對(duì)此進(jìn)行分析和共享。由此產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)將有助于研究諸如誦讀困難、自閉癥、阿爾茨海默病和精神分裂癥等腦失常疾病[3]。

這一招標(biāo)獲得了全世界神經(jīng)科學(xué)家的熱烈響應(yīng)。2010年9月15日NIH宣布最后有兩個(gè)組中標(biāo)。一個(gè)是華盛頓大學(xué)、明尼蘇達(dá)大學(xué)和牛津大學(xué)的聯(lián)合研究組(WU-Minn-Ox)，他們以神經(jīng)生物學(xué)、神經(jīng)信息學(xué)和神經(jīng)成像分析見(jiàn)長(zhǎng)，獲得了3 000萬(wàn)美元的資助；另一個(gè)中標(biāo)的是由麻省總醫(yī)院和加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校組成的聯(lián)合研究組(MGH-UCLA)，他們的目標(biāo)是建立用于擴(kuò)散成像的特殊設(shè)備，獲得了1 000萬(wàn)美元的資助。此計(jì)劃于2010年正式啟動(dòng)，2016年6月完成了其第一階段研究。

這一可稱之為“青年HCP”的計(jì)劃在這6年中取得了下列成就：

(1)到2016年秋為止，對(duì)1 100名受試者中的每個(gè)受試者都用上述4種成像技術(shù)，每種技術(shù)采集1 h數(shù)據(jù)。在這些受試者中還特意收集了300個(gè)家庭中的同卵雙胞胎、異卵雙胞胎和非雙胞胎兄弟姐妹的數(shù)據(jù)，由此研究遺傳和后天經(jīng)歷對(duì)連接組的影響。

(2)在計(jì)劃的前兩年對(duì)成像技術(shù)和設(shè)備大力改進(jìn)，以盡可能提高圖像的空間分辨率和時(shí)間分辨率。

(3)盡量消除成像中的畸變、模糊和噪聲。

(4)盡量保持腦結(jié)構(gòu)的自然邊界。對(duì)皮層來(lái)說(shuō)要盡量真實(shí)地用二維圖譜表示腦的三維結(jié)構(gòu)。40年之前梵埃森(Van Essen)在研究猴視皮層時(shí)是用手工繪制的，而現(xiàn)在該計(jì)劃中則用計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成。皮層下結(jié)構(gòu)不成層狀，而是體積較小的塊狀，因此開(kāi)發(fā)了另外的算法來(lái)繪制。

(5)開(kāi)發(fā)出新的算法來(lái)處理不同人腦，特別是皮層上的差異性，由此盡可能精確地矯正不同受試者圖譜上的不同腦區(qū)。

(6)根據(jù)腦的解剖結(jié)構(gòu)和功能對(duì)其作更精確的分區(qū)。在20世紀(jì)初，布洛德曼(Korbinian Brodmann)按照皮層的結(jié)構(gòu)和細(xì)胞構(gòu)成把皮層分成了52個(gè)不同的腦區(qū)，這一分區(qū)在很大程度上沿用至今。2008年格萊瑟(Matthew Glasser)加入梵埃森在華盛頓大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室之后，他們兩人用新的腦成像技術(shù)，根據(jù)皮層厚度、髓鞘情況、任務(wù)激活模式、功能連接性和通過(guò)rfMRI揭示的拓?fù)浣M織把每側(cè)半球皮層都分成180個(gè)不同腦區(qū)，兩側(cè)高度對(duì)稱(圖2)。他們還開(kāi)發(fā)出算法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分區(qū)。這一工作對(duì)宏觀尺度下的連接組研究具有基礎(chǔ)重要性。不過(guò)格萊瑟指出這一分區(qū)并非最后結(jié)果，如果有更好的方法，也許對(duì)其中某些腦區(qū)還能作進(jìn)一步的細(xì)分。

圖2 人腦皮層的新分區(qū)[3]

(7)他們公開(kāi)了自己的分析工具和數(shù)據(jù)，讓整個(gè)神經(jīng)科學(xué)界共享。到2016年秋，已經(jīng)有超過(guò)6 000名研究人員簽署了HCP數(shù)據(jù)使用協(xié)議，并下載了超過(guò)10 PB(10 000 TB)的數(shù)據(jù)。據(jù)此發(fā)表了140多篇論文，這個(gè)數(shù)量還在迅速上升中。

在正常青年連接組計(jì)劃之后，下一階段將把目標(biāo)擴(kuò)大到所有年齡段(特別是發(fā)育階段和衰老階段)，這被稱為生命期人類連接組計(jì)劃(Lifespan Human Connectome Projects)，其中包括：發(fā)育期計(jì)劃(Lifespan Development Project)，研究1 300名年齡在5～21歲的受試者；衰老期計(jì)劃(Lifespan Aging Project)，研究1 200名36歲以上的受試者；嬰兒期連接組計(jì)劃(Lifespan Baby Connectome Project)，研究300名從出生到5歲的兒童。另一個(gè)方面就是聚焦各種腦疾患的許多連接組計(jì)劃。這樣的計(jì)劃在10個(gè)以上，包括精神分裂癥、阿爾茨海默病等。這些計(jì)劃通過(guò)公共平臺(tái)“連接組協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)(Connectome Coordination Facility, CCF)”實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享(http://humanconnectome.org/ccf)。

這些計(jì)劃將為大科學(xué)(big science)或者團(tuán)隊(duì)科學(xué)(team science)提供合適的用武之地。并為今后若干年的神經(jīng)科學(xué)研究留下一個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的寶庫(kù)。

2 微觀連接組學(xué)研究

微觀連接組學(xué)的研究目標(biāo)是要繪制出神經(jīng)系統(tǒng)中各個(gè)神經(jīng)細(xì)胞是如何相互連接的，并以此來(lái)解釋行為。由于這類研究的主要手段是侵入性的，所以目前主要是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。

粗看起來(lái)，要找出動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)中神經(jīng)細(xì)胞的相互連接似乎并不難，我們?cè)缇陀辛藢?duì)神經(jīng)細(xì)胞的切片、染色和顯微鏡(包括電子顯微鏡)觀察技術(shù)，還有示蹤物追蹤和損傷退行性變化的追蹤技術(shù)。即使稍大一點(diǎn)的動(dòng)物，其神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)部的神經(jīng)細(xì)胞十分密集，神經(jīng)細(xì)胞軸突相對(duì)于其細(xì)胞體的大小來(lái)說(shuō)可以在三維空間中延伸很遠(yuǎn)，因此并不容易追蹤。幸而近年來(lái)發(fā)展起自動(dòng)連續(xù)切片、顯微圖像自動(dòng)采集和自動(dòng)識(shí)別以及三維重建的技術(shù)，大大提高了追蹤的效率。這些技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，也是現(xiàn)在許多實(shí)驗(yàn)室的研究重點(diǎn)。

到目前為止，在微觀層次上成功構(gòu)造出整個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)中所有神經(jīng)細(xì)胞相互連接的線路圖的唯一動(dòng)物是一種稱為秀麗隱桿線蟲(chóng)(C. elegans)的小蟲(chóng)(圖3)，它的整個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)中只有302個(gè)神經(jīng)細(xì)胞，其中每個(gè)細(xì)胞都有特定的部位和形狀，可以一一命名。但是它有100多種不同的神經(jīng)細(xì)胞，因此這種小蟲(chóng)的神經(jīng)系統(tǒng)雖然“簡(jiǎn)單”，但是對(duì)其功能的機(jī)制至今還沒(méi)有完全搞清楚。由此可以想象要繪制出有900億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞和150萬(wàn)億個(gè)突觸連接的人腦微觀連接組圖譜，并由此解釋人類行為該有多困難[1]！所以科學(xué)家在當(dāng)前把目標(biāo)放在神經(jīng)系統(tǒng)比秀麗隱桿線蟲(chóng)要大得多，但是其中神經(jīng)細(xì)胞的數(shù)目依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于人腦的動(dòng)物，如果蠅幼蟲(chóng)(它的腦中有15 000個(gè)神經(jīng)細(xì)胞，可以產(chǎn)生30種不同的動(dòng)作)、斑馬魚(yú)幼魚(yú)(有100 000個(gè)神經(jīng)細(xì)胞)，而且往往還只限于局部神經(jīng)部位的連接組(如對(duì)有135 000個(gè)神經(jīng)細(xì)胞的果蠅成蟲(chóng)的腦，就只研究其中嗅小球的連接組，另外如小鼠視網(wǎng)膜和初級(jí)視皮層中的連接組圖譜)。

圖3 長(zhǎng)度大約1 mm的秀麗隱桿線蟲(chóng)放大圖(圖片來(lái)自維基百科)

圖4顯示了美國(guó)神經(jīng)科學(xué)家茨萊鐵克(Marta Zlatic)和卡多納(Albert Cardona)夫婦對(duì)果蠅幼蟲(chóng)研究過(guò)程的示意圖。圖中自上而下，依次顯示對(duì)果蠅幼蟲(chóng)腦作連續(xù)切片；根據(jù)這些切片進(jìn)行三維重建；從三維重建圖中畫(huà)出腦內(nèi)線路圖；兩個(gè)功能特異的線路，左面的線路在幼蟲(chóng)頭部受到氣流吹動(dòng)時(shí)負(fù)責(zé)偏轉(zhuǎn)頭的方向，右面的線路則使頭回縮；最下面的圖是幼蟲(chóng)的動(dòng)作圖解?，F(xiàn)在以他們?yōu)楹诵囊呀?jīng)組織起全球20個(gè)實(shí)驗(yàn)室協(xié)作攻關(guān)，他們期望在今后兩三年內(nèi)就能把果蠅幼蟲(chóng)腦的連接組搞清楚。最近康斯泰茨大學(xué)(University of Konstanz)的科學(xué)家們重建了其蘑菇體中8 000個(gè)神經(jīng)細(xì)胞的連接組(蘑菇體是記憶中心)，這無(wú)疑是對(duì)此項(xiàng)研究的一個(gè)突破性貢獻(xiàn)。

在微觀連接組研究中，果蠅之所以特別受到重視在于：①果蠅的腦中大約有13 500個(gè)神經(jīng)細(xì)胞，因此有望在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)研究清楚其連接組；②果蠅的腦雖然很小，但是它依然能表現(xiàn)出好幾百種相當(dāng)復(fù)雜的行為，對(duì)這些行為已經(jīng)有許多研究者研究多年；③對(duì)果蠅的遺傳特性已經(jīng)研究得相當(dāng)清楚；④對(duì)果蠅的電生理學(xué)、鈣成像等研究也早已進(jìn)行多年。目前已經(jīng)有了果蠅全腦的宏觀連接組，在微觀連接組方面則已有了其視覺(jué)系統(tǒng)中兩個(gè)部分的詳細(xì)連接組線路圖。

對(duì)人腦來(lái)說(shuō)，要在現(xiàn)在就能繪制出像果蠅幼蟲(chóng)腦這樣的線路圖顯然是不現(xiàn)實(shí)的，但是英國(guó)劍橋大學(xué)和德國(guó)、加拿大的研究人員花了10年時(shí)間把一位65歲去世的老婦的腦切成7 400片薄片，并按此進(jìn)行三維重建，從而得到了一個(gè)很詳細(xì)的數(shù)字腦。這就像是給科學(xué)家一個(gè)有關(guān)腦的谷歌地圖，由此可以在各種精度下觀察腦的結(jié)構(gòu)。

圖4 對(duì)果蠅幼蟲(chóng)進(jìn)行連接組研究的示意圖[4](圖中自上而下，依次顯示對(duì)果蠅幼蟲(chóng)腦作連續(xù)切片；根據(jù)這些切片進(jìn)行三維重建；從三維重建圖中畫(huà)出腦內(nèi)線路圖；兩個(gè)功能特異的線路，左面的線路在幼蟲(chóng)頭部受到氣流吹動(dòng)時(shí)負(fù)責(zé)偏轉(zhuǎn)頭的方向，右面的線路則使頭回縮；最下面的圖是幼蟲(chóng)的動(dòng)作圖解)

3 艾倫腦科學(xué)研究所

艾倫腦科學(xué)研究所(The Allen Institute for Brain Science)是由微軟的共同創(chuàng)始人艾倫(Paul Allen)夫婦在2003年出資建立的。他們的成果向全世界腦科學(xué)界免費(fèi)開(kāi)放。從2011年開(kāi)始，該所的研究方向除了從創(chuàng)立開(kāi)始就一直在進(jìn)行的腦基因表達(dá)圖譜之外，開(kāi)始了和連接組研究關(guān)系密切的兩個(gè)計(jì)劃：一個(gè)是在2011年11月啟動(dòng)的“艾倫鼠腦連接圖譜(Allen Mouse Brain Connectivity Atlas)”，其目的是繪制鼠腦中神經(jīng)連接的高分辨率三維圖譜；另一個(gè)是2015年啟動(dòng)的艾倫細(xì)胞類型數(shù)據(jù)庫(kù)(The Allen Cell Types Database)，第一批公布的是有關(guān)鼠腦視皮層中240種神經(jīng)細(xì)胞類型，當(dāng)然人腦中的神經(jīng)細(xì)胞類型要比這多得多，這是該項(xiàng)目的遠(yuǎn)期目標(biāo)，他們把這一工作和元素周期表相比擬。

不僅如此，2016年7月艾倫腦科學(xué)研究所又發(fā)布消息，報(bào)道已啟動(dòng)4年之久的“艾倫腦觀察站(Allen Brain Observatory)”的成果[5]。該項(xiàng)目的目的是觀察當(dāng)鼠在接受各種視覺(jué)刺激時(shí)，其視皮層中的大群神經(jīng)細(xì)胞是怎樣同時(shí)活動(dòng)的(圖5)。這些刺激形式包括鼠所處的環(huán)境景象，甚至放映一段好萊塢影片《歷劫佳人》(Touch of Evil)。之所以選取這一電影是因?yàn)樵陔娪伴_(kāi)頭3分鐘內(nèi)沒(méi)有任何剪切而接近真實(shí)生活中的經(jīng)歷，并且有各種不同的運(yùn)動(dòng)方向。做實(shí)驗(yàn)的小鼠經(jīng)過(guò)專門的基因修飾，使其神經(jīng)細(xì)胞在發(fā)放時(shí)同時(shí)產(chǎn)生熒光。這樣實(shí)驗(yàn)者就可以通過(guò)經(jīng)手術(shù)在其顱骨上開(kāi)的小窗分層觀察小鼠在看錄像時(shí)，哪些細(xì)胞發(fā)光？這些細(xì)胞在什么部位？發(fā)光多長(zhǎng)時(shí)間？此時(shí)小鼠有什么動(dòng)作？當(dāng)時(shí)屏幕上顯示的是什么？他們公布了25只小鼠視皮層4個(gè)腦區(qū)中的18 000個(gè)神經(jīng)細(xì)胞在360次實(shí)驗(yàn)中所得到的結(jié)果(2017年6月他們公布的新數(shù)據(jù)包括40 000個(gè)神經(jīng)細(xì)胞)。參加這一工作的神經(jīng)科學(xué)家德里斯(Saskia de Vries)聲稱：“這是有史以來(lái)在細(xì)胞水平上實(shí)時(shí)觀察到大群神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)的第一批數(shù)據(jù)。”

圖5 給小鼠看各種靜止圖像時(shí)，記錄其視皮層中某個(gè)特定細(xì)胞反應(yīng)所得的輻射狀數(shù)據(jù)圖(給小鼠看各種靜止圖片一定次數(shù)，輻射線的長(zhǎng)度表示該細(xì)胞對(duì)特定圖片刺激的反應(yīng)強(qiáng)度。由圖可見(jiàn)，這個(gè)細(xì)胞對(duì)蝴蝶反應(yīng)最強(qiáng)，雖然看兩張蝴蝶圖片的視角很不一樣)

他們的一個(gè)有趣發(fā)現(xiàn)是當(dāng)給動(dòng)物看動(dòng)物圖片和《歷劫佳人》片段時(shí)，神經(jīng)細(xì)胞的反應(yīng)模式有更好的重復(fù)性。德里斯聲稱：“我們把這段影片放了10次，發(fā)現(xiàn)每次放映時(shí)都有許多細(xì)胞在某個(gè)時(shí)刻有反應(yīng)，這是一些可靠、可重復(fù)和魯棒的反應(yīng)。”他們的這些數(shù)據(jù)也都對(duì)外公開(kāi)。到目前為止，他們的實(shí)驗(yàn)還只限于讓小鼠觀看屏幕，以后他們還要訓(xùn)練小鼠按照它之所見(jiàn)執(zhí)行種種任務(wù)，希望由此得以研究記憶、決策和問(wèn)題求解。艾倫腦科學(xué)研究所所長(zhǎng)科赫(Christof Koch)說(shuō)道：“如果我們想認(rèn)識(shí)腦的高級(jí)功能，那么單單認(rèn)識(shí)腦的個(gè)別成分是不夠的，還需要認(rèn)識(shí)它們?cè)趺磪f(xié)同工作，艾倫腦觀察站提供極為重要的資源以認(rèn)識(shí)單個(gè)神經(jīng)元(知覺(jué)的原子)怎樣一起工作，從而產(chǎn)生體驗(yàn)的最深層也最有意義的方面。”

綜上所述，艾倫腦科學(xué)研究所的工作不僅涉及到微觀連接組以及神經(jīng)細(xì)胞分類的基礎(chǔ)研究，而且還涉及到大群神經(jīng)細(xì)胞的同時(shí)活動(dòng)，并把這些活動(dòng)和動(dòng)物的行為聯(lián)系起來(lái)，而這也正是美國(guó)腦計(jì)劃——BRAIN創(chuàng)議的主要目標(biāo)之一。艾倫腦科學(xué)研究所也是該計(jì)劃的成員單位。

4 大科學(xué)、梯隊(duì)科學(xué)和公開(kāi)科學(xué)

值得一提的是艾倫腦科學(xué)研究所的運(yùn)作方式，科赫把這種方式總結(jié)為“大科學(xué)、梯隊(duì)科學(xué)和公開(kāi)科學(xué)(open science)”[6]。也就是說(shuō)該所環(huán)繞某些大的科學(xué)目標(biāo)，以工業(yè)方式組織各種專門人才分工合作進(jìn)行攻關(guān)，并把數(shù)據(jù)和分析工具公之于眾。這種方式對(duì)于像大規(guī)模神經(jīng)細(xì)胞分類，繪制連接組圖譜這樣工作量巨大，有相當(dāng)重復(fù)性的工作是非常有效的，但是對(duì)于需要高度創(chuàng)造性的研究是否可行還值得研究。

最近在這方面的研究又有了新進(jìn)展。華中科技大學(xué)在蘇州建立了一個(gè)華中科技大學(xué)蘇州腦空間信息研究院，和艾倫腦科學(xué)研究所、冷泉港實(shí)驗(yàn)室、斯坦福大學(xué)的研究者展開(kāi)合作。該院擁有50套自動(dòng)化的成像系統(tǒng)，對(duì)小鼠全腦進(jìn)行自動(dòng)切片、高分辨率成像和三維重建(圖6)。來(lái)自艾倫腦科學(xué)研究所的曾紅葵聲稱：“以工業(yè)化的形式大規(guī)模、標(biāo)準(zhǔn)化地產(chǎn)生數(shù)據(jù)將改變神經(jīng)科學(xué)已有的研究方式?！边@樣做的結(jié)果將產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，他們現(xiàn)在正努力提高速度并采用多套成像系統(tǒng)并行工作[7]。

圖6 鼠腦三維重建的部分結(jié)果[7]

5 結(jié)語(yǔ)

你之所以為你，主要是因?yàn)槟愕哪X。腦作為一個(gè)物理系統(tǒng)，其性質(zhì)取決于其中的元件和元件之間的相互作用，這樣的思想并無(wú)大錯(cuò)。因此承現(xiàn)峻才說(shuō)你是你的連接組。研究連接組對(duì)于了解人類自己，以及防治腦疾患也就有著極大的重要性。不過(guò)承現(xiàn)峻也很清楚地認(rèn)識(shí)到他的那句話只是大體上說(shuō)的?，F(xiàn)在有些人認(rèn)為既然如此，就可以把連接組存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中去，也就是所謂的“上傳心智”，這樣就可以實(shí)現(xiàn)永生。承現(xiàn)峻對(duì)此并不認(rèn)同[1]。這是因?yàn)槲覀兊男闹遣⒉皇庆o態(tài)的，它是腦和環(huán)境相互作用的動(dòng)態(tài)過(guò)程。更為重要的是腦中的元件并不只限于神經(jīng)細(xì)胞，還有數(shù)量超過(guò)其10倍的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，而現(xiàn)在的連接組中并沒(méi)有考慮在內(nèi)。另外，神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞之間的相互作用也不限于相鄰神經(jīng)細(xì)胞之間的直接作用，還有許多化學(xué)物質(zhì)——神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)調(diào)質(zhì)可以擴(kuò)散到突觸之外影響遠(yuǎn)處神經(jīng)細(xì)胞的工作。這也是現(xiàn)在的連接組所沒(méi)有考慮在內(nèi)的。所以承現(xiàn)峻說(shuō)，如果要說(shuō)得更確切一些，那么應(yīng)該說(shuō)：“你是你的腦”。不過(guò)這就成了老生常談了。另外，最近的研究表明內(nèi)臟對(duì)腦也有影響，所以要說(shuō)得更完整，也許就得說(shuō)：“你是你的整個(gè)人?！辈贿^(guò)這就近于廢話了。所以他告誡讀者，人還是要死的，包括他自己在內(nèi)。確實(shí)，即使是真理，無(wú)限外推也會(huì)變成謬論。

[1]承現(xiàn)峻, 著. 連接組: 造就獨(dú)一無(wú)二的你[M]. 孫天齊, 譯. 北京: 華大學(xué)出版社, 2015.

[2]BARDIN J. Making connections [J]. Nature, 2012, 483: 394-396.

[3]VAN ESSEN D C, GLASSER M F. The human connectome project:progress and prospects [EB/OL]. (2016-12-13) [2017-08-20]. http://www.dana.org/Cerebrum/2016/The_Human_Connectome_Project__Progress_and_Prospects/.

[4]SMITH K. The brain-circuit challenge [J]. Nature, 2017, 548: 150-152.

[5]SHEN H. Brain-data gold mine released [J]. Nature, 2016, 535: 209-210.

[6]KOCH C, JONES A. Big science, team science, and open science for neuroscience [J]. Neuron, 2016, 92(2): 612-616.

[7]CYRANOSKI D. China launches brain-imaging factory [J]. Nature,2017, 548: 268-269.