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龙口教育城域网:进一步理解深度神经网络用“条形码”标记大脑

admin 发布于 2016-08-23 20:58   浏览 次  
  普通人在大脑发育的过程中上百个基因突变是如何引起神经网络连接方式的细微改变的?又是如何造成大脑连接的功能性障碍的?科学家在小鼠大脑中做了试验。携带不同的候选自闭症基因的老鼠的脑回路也可能不同,通过比较这些脑回路,研究人员希望对人脑连接和神经疾病的关系有新的认识。
 
  这是人类历史上首次给大脑标记“条形码”的科学实验。此前,已有多项人脑地图计划正在研究中。龙口教育城域网但是过去绘制大脑神经连接图谱的努力多数依赖于荧光蛋白和显微镜对神经细胞进行显像,也就是所谓的“批量标记”的方法。然而这种技术很难同时追踪多个神经细胞的连接情况。
 
  扎得以机场做了一个比喻,他说:“批量标记就好比你要去德国,来到机场的国际出发柜台,那里有很多航空公司,未必每个航空公司都有卖德国航班的机票,而RNA条形码的标记方法就能够帮你找到全部去德国航班的航空公司。这种研究方法更加精准。它会把你想去的目的地与航空公司售卖航班的目的地进行叠加,这样就缩小了查找的范围。”
 
  人类大脑约有850亿个神经元细胞,它们之间的连接更是多达15万亿。它们如何彼此连接?
 
  近期《Neuron》杂志上发布了一项名为MAP-seq的新技术,能够利用RNA“条形码”高速低价精准地绘制脑细胞间的连接。这项发明有望实现深度神经网络的重大突破。
 
  MAP-seq技术的发明者,冷泉港实验室(CSHL)神经学家安东尼-扎得(Anthony Zador)对《第一财经日报》表示:“我们已经掌握了一项全新科技的基础,未来基于此项技术的应用不胜枚举。”
 
  扎得告诉记者,他们的最终目标是,用极少的基因材料来标注大脑中的每个神经细胞,然后绘制出这些神经细胞如何互相连接的地图。这项研究将以前所未有的细致程度帮助研究者研究自闭症以及精神分裂等疾病。
 
  中科院上海生命科学研究院神经所研究员仇子龙多年从事自闭症研究。他对《第一财经日报》记者表示:“这项技术对基础神经科学研究有不少意义,对将来自闭症的研究也会有用。”
 
  作为一项革命性的技术,MAP-seq的第一步是创建一个以病毒为载体的随机RNA序列库,然后将这些RNA序列混合物注入大脑,注入的量大约是以注射部位的每个神经细胞分得一个RNA序列为准。这样,每个神经细胞就都由属于自己独特的RNA“条形码”。
 
  接下来,神经细胞被标码的大脑将被进一步切片、切丁,按序排好,等待处理。DNA测序机会读取这些RNA“条形码”,研究人员就能建立起显示单个神经元如何同大脑其它部分相连的矩阵图。
 
  “这当然不是注入到人体的大脑中,人脑是不能随便注射的。”仇子龙对记者表示。这项被发表在《Neuron》杂志上的研究描绘了在1000只小鼠大脑中叫做蓝斑核的脑区部位的神经连接图,以证明MAP-seq技术的可行性。扎得表示:“我们的实验部分化解了之前有关神经细胞连接方式的争议。”
 
  随着基因测序成本的降低,新的技术也将变得更加廉价、快捷和可行。扎得团队的另一名成员,冷泉港实验室的研究生加斯图斯-凯布舒尔(Justus Kebschull)表示:“我们现在可以同时绘制10万个神经细胞的连接图,而且一个星期就能完成一个实验。这在过去是不可想象的。”
 
  扎得对《第一财经日报》表示:“也许很快我们就可以为人脑的探索者提供首份完整的神经细胞连接地图了。”这项技术除了有助于某些神经疾病的研究以外,对于未来人工智能以及深度神经网络的构架也将提供巨大的指导作用。
 
  人类对大脑奥秘的探寻是永无止境的。上个月《自然》杂志就发布了有史以来最详尽的人脑地图,对大脑进行分区;上周,一项新的成像技术又将通过扫描人脑来揭示基因是如何激活人类大脑。来自哈佛医学院的科学家首次用大脑扫描技术揭示了基因在大脑活动中的变化,这项发现将有助于艾尔茨海默综合症、精神分裂症以及其它大脑紊乱所导致的疾病的治疗。
 
  扎得的下一个目标是利用MAP-seq技术绘制出不同动物的大脑地图,以此建立各种神经发育和神经精神疾病的模型,并研究基因突变对于改变大脑结构的关系究竟有多么密切,从而推断基因突变是如何对大脑产生功能性障碍的。
 
 
     本文来源:白云齿轮网    http://www.rqbaiyun.com