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腦神經科學的里程碑–小鼠腦部聯結地圖

103/10/20 瀏覽次數 20817
在艾倫腦科學研究所(Allen Institute for Brain Science)[1]從事腦神經研究的科學家繼2006年推出小鼠腦部地圖(Allen Mouse Brain Atlas)[2]服務後,於2014年4月2日對外正式發表該中心最新的服務–小鼠腦部聯結地圖(Allen Mouse Brain Connectivity Atlas)[3, 4]。2006年的小鼠腦部地圖收錄了小鼠全腦細胞的3D影像以及基因表現的資料庫,而2014年的小鼠腦部聯結地圖則是建立全腦的神經連結體(connectome)圖譜,如果以地理圖資軟體來類比,小鼠腦部地圖就像是帶有城市資料的圖層,而小鼠腦部聯結地圖則是連接城市的道路網圖層。

小鼠腦部聯結地圖是首度建立哺乳動物全腦的神經網路,在此之前的研究都放在大腦構造簡單的模式生物,像是1986年Syndney Brenner團隊建立的「線蟲腦神經圖譜」(302個神經元, neuron)[5]以及2011年臺灣清華大學江安世教授與國家高速網路與計算中心所建立的「果蠅腦神經圖譜資料庫」(十萬個神經元)[6]。小鼠腦至少由八千六百萬個神經元組成,每個神經元通常可以與超過一千個神經元有連結。團隊成員在超過1700隻成年小鼠的腦中注射經基因工程合成出的螢光蛋白來照亮神經元的傳導路徑,再取得高解析度(1 μm)的組織影像,由1.8 PB的影像資料重建小鼠全腦神經連結體。這服務可望幫助科學家在了解腦部功能和解決神經疾病有新的進展。小鼠腦部聯結地圖是在腦神經科學的重大突破,它代表了科學家已經有工具探索哺乳動物的腦部,離探索人腦的終極目標更為靠近了。

近年來腦神經科學在歐美逐漸受到重視,像是美國啟動的「大腦活動圖譜計畫」(BRAIN Initiative)、歐盟的「人類大腦計畫」((Human Brain Project),都再再顯示腦神經科學為未來研究的重點。相關的新技術與研究課題也如雨後春筍般發展出來。腦神經科學的進展也深深依賴於這些新技術,然而這些新技術的開發極需要資訊、電機、生物資訊、神經生物、神經行為、分子生物等各種專業領域的人才投入。人腦約有一千五百億個神經元,要建立人腦神經連結體所需的資源更是龐大。國網中心擁有國內最大的儲存與計算能量,以及果蠅腦資料庫、次世代基因體序列平臺等建置經驗與資源,相信在未來的腦神經研究上,國網中心可望成為相關研究人員最大的助力。

參考資料

[1] Allen Institute for Brain Science是由Microsoft創辦人之一的保羅•艾倫(Paul G. Allen)於2003年創立,主要在從事腦神經研究。
[2] Nature, 2007 Jan 11; 445:168-176.
[3] Nature, 2014 Apr 10; 508:207–214.
[4] 發表Allen Mouse Brain Connectivity Atlas的日子恰巧是美國總統歐巴馬宣布啟動BRAIN Initiative的一周年。
[5] Philos. Trans. R. Soc. Lond B Biol. Sci., 1986 Nov 12; 314(1165): 1-340.
[6] Curr. Biol,. 2011 Jan 11; 21(1):1-11.
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