aihot  2017-06-12 06:32:16  智能硬件 |   查看评论   

 开发计算机化技术来映射脑中数百万英里的神经元回路

      Tilikum虎鲸(Orcinus orca)最近在他的海洋世界教练Dawn Brancheau的悲惨死亡中做了新闻。 Tilikum把Brancheau拉到水里,当他抓住她漂浮的马尾辫 - 很像一只猫可能抓住附着在一根棍子上的纱线。 复杂的游戏行为是智力的标志,但不幸的是,甚至一个猫的大脑的电路,甚至更小的大规模的大脑的大约四倍大小的人类大脑的海怪的大脑是已知的。

 

      麻省理工学院神经科学家正在开发计算机化技术来映射脑中数百万英里的神经元回路,这可能有一天阐明了人类智人和其他物种之间的差异,并且可能阐明这些神经元如何产生智力,个性,和内存。开发连接子(神经元和突触的图)可能有与人类基因组测序一样多的影响。这里有一个视频显示3D旋转节点和边缘在一个小connectome:

 

      正如我们现在可以比较个人的基因,寻找可能解释精神疾病,癌症或其他疾病的差异,神经科学家将能够使用连接素来帮助识别疾病,如阿尔茨海默症和精神分裂症。 connectome wiki被建立为宏观和中尺度脑区域和跨物种的大脑连通性信息的知识库。最后,我们可以比较一个物种的线路,如猫鼬(家猫) - 甚至是兽人 - 到我们自己的大脑的线路。

 

      人类大脑有大约1000亿(1011)神经元。相比之下,由Danny Hillis在20世纪80年代建立的原始“大规模并行”CM-1连接机器 - 基于诺贝尔获奖物理学家Richard Feynman的想法,只有65,536个单独的处理器。今天最快的超级计算机(位于Oak Ridge国家实验室的基于AMD Opteron的Cray XT5 Jaguar)拥有224,256个内核,持续处理速度为1.759 PFLOPS(每秒一千万亿次浮点运算)。相比之下,估计人类大脑的处理速率约为10 PFLOPS。

 

      映射大脑。研究人员打算如何将这样复杂和大规模平行的人类大脑与其数十亿的连接数相映射?第一个connectome在20世纪70年代由在剑桥大学的C. elegans的研究人员映射,一个微小的蠕虫约一毫米长。它花了12年多。连接体作图的传统方法包括用注射标记试剂进行细胞染色的光学显微镜或使用电子显微镜重建组织块。麻省理工学院Seung实验室的研究人员希望通过教授超级计算机来加快速度。 “他们(麻省理工学院神经科学家)喂养他们的电脑电子显微照片以及这些图像的人类记录,”MIT新闻报道。 “计算机然后搜索一个算法,允许它模仿人类的表现。

 

      麻省理工学院的研究是一个更大的努力,被称为人类Connectome项目(HCP)由国家卫生研究所的蓝图神经科学研究资助的一部分。根据NIH的新闻稿宣布该项目,这3000万美元的努力将使用尖端的大脑成像技术映射健康成人脑的电路。通过系统地收集来自数百个受试者的脑成像数据,HCP将“洞察大脑连接如何构成大脑功能,并将为人类神经科学开辟新的探索线。

 

      研究人员如何将如此复杂和大规模并行的东西映射为人类的大脑与数十亿的连接?

 

      为了达到它的目标,HCP必须做的不仅仅是开发大脑的电路图。它还必须考虑连接的类型,通道,神经递质水平,神经营养蛋白,mRNA和其他生化和生物变量。 NIH计划收集人口统计学数据以及关于HCP研究中每个受试者的感觉,运动,认知,情感和社会功能的数据。此外,他们将收集DNA样品和血液(建立细胞系)。他们还将资助开发模型,以更好地了解和使用这些数据。最终,数据可能用于构建人类大脑电路 - 以及重建损坏的电路。

 

      1953年,詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克发现了DNA的结构 - 地球上所有生命的指令代码。仅仅50年后,在2003年,我们能够查看一个完整的人类DNA序列:一个约30亿字母的遗传密码的数据库。开发我们自己和我们的同类物种,如Tilikum的类似connectome数据库杀手鲸可能很快揭示了当前已知的终极连接机器的接线:人类的大脑。

 

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