三维地图科普(中国人按照西方科学方法绘制的地图)

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罗庆明正在检查实验结果。(采访对象供图)新华社南京12月6日电。为什么有的大脑能洞察宇宙的奇妙规律，有的却能创作出令人兴奋的音乐和绘画？记忆和意识是如何产生的？虽然人类已经能够观测到数十亿颗恒星，探测到时空的涟漪，但对自己认识世界的大脑却知之甚少，大脑的精细结构也只是一个估计。为了揭示大脑的奥秘，中国科学家计划绘制人类大脑中错综复杂的神经元和血管的最精细的三维“地图”。这个庞大的项目就像是给一个由近1000亿棵树组成的巨大森林拍了一张三维照片。有必要看看整个森林，看看每棵树上的每一根树枝和每一片叶子。领导这项研究的海南大学校长、华中科技大学苏州脑空间信息研究院首席科学家罗庆明说“人类缺乏大脑的观测手段，无法‘既见树木，又见森林’。我们需要提供新的观察方法，获得清晰的人脑图谱，看看神经网络是如何连接的，这将有助于分析大脑疾病的机制，促进类脑人工智能的发展。”苏州脑空间信息研究院副院长李安安说“目前，我们对大脑的了解还处于非常初级的阶段。虽然我们可以看到一些现象，但我们仍然无法解释它们代表了什么，就像在一个巨大的黑盒子里摸索一样。”“大脑连接和大脑活动在时间和空间上不断进化，这给大脑功能的分析带来了巨大的挑战。，我们有理由相信，大脑功能和大脑活动依赖于最基本的细胞单位，就像电路网络依赖于其最基本的单位3354个电子元件一样。不同类型的神经元是分析大脑功能的基础，也是诊断和治疗脑部疾病的重要依据。”罗庆明说。华中科技大学苏州脑空间信息研究所的研究人员正在进行实验。(采访对象供图)创新之路52岁的罗庆明是湖北珲春人。他出生在一个农民家庭，有着艰苦的学习经历。上世纪90年代，从事光电研究的罗庆明在美国留学期间，在世界上利用近红外光学对大脑活动进行成像和探测，发明的技术获得美国专利。1997年，罗庆明放弃国外优越的条件，回到母校华中科技大学。“很庆幸赶上了改革开放后的好时代，觉得自己也要为国家做点什么。我当时的研究是新兴领域，希望能回国继续在脑研究上做文章。”罗庆明说。虽然国际学术界认为绘制精细的脑图非常重要，研究难度极大，学科跨度非常大，目前还没有取得成果。罗庆明利用华中科技大学的跨学科优势，仅用20万元和一个25平方米的实验室，就启动了脑研究项目。“脑子像豆腐一样软。很难固定大脑样本并标记其中的神经和血管。只是大脑样本制备中的一个难题，我们花了三年时间才攻克。”罗庆明说。他说，这是真正的跨学科研究，有生物和化学背景的人要准备样本。有光学、机械、控制等工程技术人员开发影像仪器；我们还需要计算机人才来处理大数据并显示结果。“我们重视新技术、新方法的开发，研发具有自主知识产权的科学仪器，然后利用它们开展应用研究，解决科学问题。”罗庆明说。那些年，罗庆明压力很大，不知道什么时候能出成果，但他一直带领团队坚持。华中科技大学苏州脑空间信息研究所的研究人员正在对老鼠的大脑进行成像。(照片由受访者提供)经过八年的努力，从“黑白照片”到“彩色照片”，罗庆明的团队终于研制出了显微光学切片层析成像系统，发表在杂志《科学》 at 后来地图集的色彩越来越丰富，展示的内容越来越精炼，大脑结构之美让艺术家惊叹不已。这种成像方法非常慢，可能需要100年才能对人脑成像。2016年，罗庆明团队得到了江苏省、苏州市和苏州工业园区的支持，获得了4.5亿元的投资，成立了苏州脑空间信息研究所，以产业化的方式绘制脑图。055-79000杂志对此进行了报道，并在学术界引起了轰动。在该研究所干净的实验室里，研究人员用树脂包裹大鼠大脑，形成胶囊般大的“琥珀”。成像仪的金刚石刀片将浸泡在溶液中的大鼠脑标本切成1微米厚的薄片，边切边拍照。将一只老鼠的大脑切成一万层左右，合成一张三维脑图。电脑屏幕上显示的神经和血管网络密密麻麻，五颜六色，每一根神经纤维和血管都能看得清清楚楚。这是世界上最清晰的哺乳动物大脑地图。“我们已经在实验鼠身上取得了成功，正在挑战更高级更复杂的灵长类动物，力争成为世界上第一个完成对人类大脑精确扫描的动物。”李安安说。华中科技大学苏州脑空间信息研究所。(图片由受访者提供)我预计中国脑科学家估计，老鼠大脑有几千万个神经元，猴子大脑有几十亿个，人类大脑约有860亿个。苏州脑空间信息研究所有几十台影像仪器日夜工作。“但要完成人脑成像，绝不是增加机器。成像后的海量数据给存储和分析带来巨大挑战。”李安安说。据估计，人类大脑中的数据量相当于大约20万部4K高清电影。即使是中国最强大的超级计算机“太湖神威之光”，一组人脑数据也会填满它的存储空间。罗庆明表示，目前计算是最大的技术瓶颈，人脑图谱的绘制还得等技术的发展。，李安安表示，人脑的扫描成像也面临伦理问题。“我们通常使用转基因技术和病毒标记技术来标记小鼠大脑中的神经元，但这些技术都不能应用于人脑。”“还有无数的技术问题需要克服，但我们相信，随着技术的发展，这些问题都会得到解决。”李安安说。罗庆明表示，在技术层面上绘制精细的人脑图谱并不存在根本性的障碍。主要问题是资金和机制的制约。要加大投入，改革人才评价机制，让科研人员长期安心从事研究。罗庆明的团队被选中参与美国大脑项目，也为欧盟和其他国家的大脑项目提供数据。但罗庆明希望中国能尽快启动自己的脑科学计划。据了解，脑科学和类脑研究已被列入“十三五”国家重大科技专项。“我们期待像‘两弹一星’的研制一样，启动中国脑计划。”罗庆明说，“一旦我们有足够的资金支持，集中力量，我们有可能在5至10年内获得人类大脑的精细图谱。”他说“这项研究非常值得投资，它将产生超过百倍的回报。可以促进儿童教育，促进抑郁症、帕金森病、阿尔茨海默病等脑部疾病的诊断和治疗。特别是在我国已经进入老龄化社会之后，这项研究对于延缓老年病、提高老年人生活质量具有重要意义。”“我们团队未来10到20年的梦想是做出人类大脑的图谱。如果这辈子能做成，那将是一件非常值得骄傲的事情。”罗庆明说。

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