科學家解碼小鼠腦部視覺神經網路！揭開「光如何變成影像」的奧秘

一項歷時多年的跨國研究計畫集結了150多位科學家，成功繪製出迄今最精細的腦神經連線圖譜。這項突破性研究以小鼠腦部組織為物件，透過螢游標記神經元、高解析度電子顯微鏡和深度學習技術，完整記錄了超過20萬個腦細胞的物理連線結構與即時電活動，資料量高達1.6拍位元組（PB）。

這項由美國國家衛生研究院（NIH）資助的重大研究，首次將神經元的實體連線與動態反應相結合，為理解「大腦如何將光訊號轉化為視覺影像」奠定關鍵基礎。研究團隊特別聚焦於約一粒沙大小的腦組織區域，卻驚人發現其中包含總長達4公里的軸突纖維，以及超過5.24億個突觸連線。

實驗過程中，研究人員先讓基因改造小鼠觀看影片片段，這些小鼠的神經元在活化時會發出螢光。接著團隊連續12天、每天工作12小時，用電子顯微鏡對腦組織進行超薄切片成像，再耗費數月時間透過深度學習演演算法追蹤神經路徑，並結合人工校對，最終完成這幅「微觀神經地圖」。

這項發表於《自然》期刊系列共10篇論文的研究成果，不僅是技術上的重大突破，更有助解釋腦部在健康狀態下的運作機制，以及神經系統疾病可能如何發生。研究資料已開放於MICrONS Explorer平臺供學界進一步探索。

近年來，神經連線圖譜研究屢獲突破：2023年NIH「腦計畫」完成首個小鼠全腦細胞圖譜；去年更成功繪製果蠅完整腦神經連線圖。這些進展正逐步揭開大腦這個「宇宙中最複雜系統」的神秘面紗。