第二看台

本报记者 张 晔

    戴上VR眼镜，双手各持一个手柄，眼前就会呈现出一个百转千回的大脑神经元三维图像，科学家可以在其中准确地描绘一个个神经元的走向、形态，为大脑神经元绘制出一张数字图谱。

    “人脑神经元总量高达860亿个，被称为宇宙中已知最复杂的机体构造，然而人类从事脑研究已近百年，仍然没能搞清楚究竟有多少种神经元，以及它们的交互关系。”东南大学生命科学研究院院长谢维说。

    在最近刚成立的东南大学脑科学与智能技术研究院，科技日报记者看到科研人员正运用可视化软件和VR设备，重建单个脑神经元。

    “脑子里怎么想的”还是个谜

    脑科学研究不仅是当前国际科技前沿的热点领域，也是理解自然和人类本身的“终极疆域”。目前，美国将神经元三维形态和基本类型作为重点研究领域，我国“科技创新2030重大项目”也已启动“脑科学与类脑研究”。

    一直以来，科学家最感兴趣的是大脑究竟是如何实现认知功能。过去，我们仅知道在宏观尺度上不同脑区的联结与认识功能，比如脑核部分掌管人类日常基本生活的处理，脑缘系统负责行动、情绪、记忆处理等功能，大脑皮质则负责人脑较高级的认知和情绪功能等。

    但是，微观尺度的大脑工作机制则要复杂得多。比如在微纳米表现为突触连接的分子构架与信号传递，在百微米尺度则表现为大脑皮质功能柱等局域神经回路与信息编码。

    谢维告诉科技日报记者，东南大学已经与美国艾伦脑研究所展开合作，定位脑科学前沿领域、为全世界提供脑科学大数据资源。此次成立的东南大学脑科学与智能技术研究院，意在整合各学科优势资源，打通脑科学研究成果和智能技术的壁垒，更好促进产、学、研融合。

    让“读心术”这种超能力成真

    “我们现在做的主要工作，就是将大脑神经元结构数字化，建成一个脑科学大数据库，为生物医学研究提供珍贵的数据资源。”在描述如何绘制大脑神经元3D图谱时，东南大学艾伦联合中心主任彭汉川形容为“海量大数据，高度复杂性”。

    面对数百亿神经元和海量数据，如果使用传统的神经科学研究方法和数据计算分析方式，则无法对大脑进行有效的研究。东南大学今后将利用该校自主研发的传感、采集设备和可视化软件，率先开展脑神经元重建工作。

    “我们这套人工智能软件算法效率很高，3—4天就绘制一个脑神经元的数字图谱，目前已经完成近40个神经元的数字化重建。今后有望使用新技术把效率提高几十倍甚至上百倍。”彭汉川说。

    绘制大脑神经元3D图谱形成的脑科学大数据，将为儿童认知障碍、大脑疾病的干预治疗、青少年脑智发育的规律探索，以及研究人的情绪变化，提供科学分析。

    在东南大学儿童发展与学习科学教育部重点实验室，一位研究人员头戴连着各种线的奇怪帽子，他正在测试多模态社会情绪评测系统。受试人员的皮肤、心率、呼吸、脑电信号等被实时监测。系统会基于脑电帽、近红外、心电波、表情传感器等，收集人的情感变化，实时判断人的情绪，大屏幕上会根据情绪变化跳出笑脸或哭脸。

    “有了脑科学大数据资源，再用一个‘脑电帽’传感器，可以让‘读心术’的超能力成真。”实验室主任郑文明介绍说，这套系统已经在南京脑科医院试用，它可以自动分析出人的情绪调节能力、同感能力，目前已对100多例儿童孤独症、自闭症进行早期筛查评测。