神经科学规模的谷歌地球项目 数字大脑图书馆

微观网注：大脑一向以来都是神经科学规模最热点的学科，早年我们好奇大脑的布局，此刻我们好奇大脑的事变道理。但作为平凡人的我们，无法打仗到隐匿在尝试室里的大脑标本，又该怎样去满意自身的好奇心呢？为此，神经剖解学专家Jacopo Annese提出了一种假造化大脑的打算——Digital Brain Library。

当我走进Brain Observatory时，我所望见的与我对大脑客栈所假想的景象完全纷歧样。虽然，大脑客栈里必定会有一个体致的室内空间以及一个装载了塑料包层大脑的冰箱。可是这个大脑客栈里全是艺术的气味，时尚的沙发等等，给人的第一感受更像是一家夜总会而不是我们泛泛所见的无菌尝试室的样子。

确实，这里并不是传统意义上的大脑客栈。和传统意义上的大脑客栈里充满标本和庞大冰柜的情况纷歧样的是，这个大脑客栈将大脑假造化存储在收集空间里，这统统都是神经剖解学专家Jacopo Annese博士的主意。他把这统统称之为Digital Brain Library（数字大脑图书馆），这也符号着我们在存储和说明从大脑中得到的动静方面有了一个重大的转变。

300多年前，剖解学家就已经开始网络和生涯人体软组织了。这种举动发源于我们盼愿相识我们的身材运作机制，而此刻也存在一种更初级的动力——在暗盘上售卖器官。

因为大脑的果冻质感，科学家们一向很难处理赏罚大脑标本。可是颠末大量的试验和失败，科学家们终于找到了很好的生涯大脑的要领，以便对其举办搜查、剖解和研究。

现今，大大都大脑客栈所饰演的是储存者和分派者的脚色。一旦大脑被生涯为标本后，各个部门会被分派给响应的研究者，这些研究者凡是对某个地区可能某种疾病举办特异性观测。而剩余的部门则会一向被安排在冰箱里冷藏直职苄需求呈现。这是一个适用的体系，但却没有思量到整体的毗连性题目，即大脑里各个地区是怎样作为一个整体协作分工的，这个题目到今朝为止都没有获得很好的办理。

毗连性是神经剖解学研究的圣殿，它也是数字大脑图书馆的成立指导原则。和传统的分块要领差异的是，Brain Observatory旨在让全部对大脑感乐趣的人可以相识整个大脑。

总而言之，这个打算可以被称之为神经科学规模的谷歌地球项目。

什么是大脑图书馆？

Annese和我们泛泛所见的科学家不太一样，他身着紫色的衬衫和清洁的深灰色西装，这样的妆扮让人感受就像在夜总会可能在家里一样清闲，完全没有沉闷的感受。因为来的有点迟，Annese迈着大步快速走来，在刚打仗的这段时刻里，他的健谈和意大利口音让我印象深刻。

Annese的尝试室位于加利福尼亚大学圣迭戈校区里一个低矮的很不起眼的构筑里，可是今朝他正在着手把Brain Observatory搬到大脑和社会研究所（猎云网编辑君注：Annese于2013年成立了该非红利组织）里。

一番先容后，我们开始坐下来在电脑上探索数字大脑图书馆。无需太多时刻，像我这样的门外汉都被其上风所吸引了。

几十年来，核磁共振成像辅佐我们调查我们本身的身材，而现在，这项技能如故是我们调查相识大脑的最佳方法。可是在经验了一番阵痛之后，我们逐渐实现了数字化，譬喻我们所接头的Brain Observatory。它所提供的大脑成像带来了亘古未有的视觉结果，你乃至可以调查到细胞核和轴突。

Annese一边指着核磁共振成像上的点一边说道：“在调查MRI图像时，偶然辰，我们完全不知道这个像素点上是什么。而当我们放大图像时，却只能看到一片恍惚。”

他继承说道：“可是当你真的能看清这些像素时，你就可以或许找到你想要的对象了。”他一边说着一边给我们展示了已经被图书馆数字化的大脑切片。整张切片泛起大度的蓝色花边，内里的神经纤维固然只有2-3微米宽，可是看起来却很清晰。要知道这是很了不得的，由于人的头发宽度约莫在75微米，而单个红细胞一样平常只有5微米宽。

Brain Observatory前措施员Hauke Bartsch表明道：“这就是我们评论到大脑布局时所对应的判别率程度，就比如物理学家评论单原子一样。我们所能看到布局是很清楚的，而这在核磁共振成像时是无法做到的。”

这种高判别率的图像技能已经引起了科学医学界的留意，这种技能可以用于针对大脑的治疗和提防等方面的研究。可是这并不料味着平凡人就无法会见这个图书馆，对付Brain Observatory来说，民众会见才是其成立的基本和本意。

这种普及的会见带来的一个甜头就是可以进步项目标知名度，事实大脑研究再酷炫再科学，没有公共的支持也是无法继承下去的。同时，应承公共试探图书馆也增进了发明更多奥秘的也许性。就以谷歌地球为例吧，一些业余喜爱者操作这个项目来定位考古遗址，发明白北朝鲜的奥秘，乃至还可以跟踪流星的轨迹。国民科学项目也应承业余喜爱者可以发明那些被专业人士忽略的对象，好比被称为“绿豌豆”的整个星系。浩瀚好奇的眼睛盯着一个足够大的数据，你永久不知道会发明什么新颖的对象。

成立大脑的图书馆

为了可以或许获得整体研究，每一个大脑都必需生涯齐备。当捐赠者衰亡后，一旦家眷赞成，就开始举办具体的核磁共振成像扫描。然后，大脑会被警惕的从新上移除，这个进程被称为开窗。

最初的时辰，大脑就像温黄油一样优柔，必必要将它浸泡在甲醛里，然后安排在尝试室的冰箱里几个月，直到组织变硬。之后，再把大脑浸泡在蔗糖溶液里，这一次的浸泡会让糖分子代替水分子，这可以在冰冻切片时更好的掩护脑组织。

真正坚苦的是切片进程。就单一大脑的切片进程就必要耗时好几天，总共会发生2000多片70微米厚的组织切片。固然尖利的刀片会自动切割大脑，可是每切割600片就必要有人去改换并妥善生涯好这些无价的切片。在一个视频里，你可以看到Annese很是奇妙的操作画笔刷刷过了H.M.大脑的每一部门，总共2401片。为了利便公家会见，整个长达53小时的切片进程都实况在线播出。

在切片进程中，尝试室助理Colleen Shehe说：“在整个进程中，每个环节都悔堕落。由于这现实上是手动操纵的，每一次切片都是工钱操控的。以是想要坐在尝试室里举办切片大脑之前，必必要接管大量的实习。”并且在举办切片操纵时会存在很大的压力，由于这不只仅意味着让大脑捐赠者的举动真正故意义，也让项目标投资有所回报。

一旦切片装好后，会举办染色以便凸显大脑布局的细节（就我调查而言，轴突一样平常不会是蓝色的）。然后就是对切片举办数字化处理赏罚。一个接一个，每个切片城市以0.37微米像素（此判别率比人类的头发还要小150倍）举办照相。为了能足够风雅且清楚的生涯细节，每个切片图像都是由许多照片拼接而成。而要完成大脑最大部门的照相和数字化进程必要高出24小时。

“数字大脑”标本网络

正如上面所提到的，可以或许被数字大脑图书馆保藏的都是一些在生理学上最闻名的大脑。

Henry Molaison（猎云网编辑君注：即“H.M.”，在许多科学文献里都能看到这个名字）就是个中之一，稍微且频仍的癫痫一向陪伴着他的糊口。1953年，在一次尝试手术进程中一名外科大夫从H.M.大脑的每一侧都切除了部门颞叶，从而缓解了他的症状。可是这次手术也导致他险些无法形成新的影象。科学家对H.M.失忆症的研究一向一连了他的生平，在这一研究的基本上形成了我们本日所知道的关于影象的理论。

2008年H.M.归天，Annese和他的同事们把这一名贵的大脑举办数字化并上传至图书馆和收集上。此刻，你可以上网哀求会见此数字资源。到今朝为止，包罗数百名研究职员、门生、艺术家和许多好奇的人，只要有一个公道的会见来由，就可以通过赏识照片、数字切片、MRI图像、三维重建乃至小我私人资料以及家庭照片来研究H.M.的大脑。

可是光只有这一个非凡的大脑是远远不足的。为了可以或许添补在大脑生物学、大脑可塑性、大脑病理学等规模的研究资料，Annese必要许多大脑，至少必要1000个。他必要来自大夫、音乐家的大脑，必要晚年和青年的大脑，必要康健和患过疾病的大脑。到今朝为止，该项目接到捐赠或理睬捐赠的大脑已经高出360个。

Annese说：“根基上，我们不得不去研究大量的大脑才气看到每个大脑的奇异之处。”

大脑图书馆的意义

当拥有足够的大脑资源之后，这些图书馆图像将可以成为大夫和研究职员窥伺病人大脑的假造取代物。很明明，大夫无法把大脑从病人的脑子中取出来，相反，他们可以基于症状、病理学可能其他尺度（好比像MRI这样的低判别率成像信息）在图书馆里找到与病人相匹配的大脑举办研究说明。通过调查研究匹配大脑的高判别率图像，大夫或者可以找出病人大脑的病因，而假如他们无法会见图书馆，那么这些都是不行能实现的。

这种要领让研究的也许性大大延长。我碰着过一个本科生，很是耐性的耗费数个小时在H.M.大脑切片中精精确定了单核。固然耗时长，可是图书馆的开放会见模式让这个门生不再那么疾苦。因为众包，天下各地的人们都可以辅佐办理差异脑区的神经元计数事变。最终，这些数据将会辅佐科学家们相识神经元的数量和密度是怎样影响大脑成果的。

虽然，尚有一个题目一向困扰着科学家们：大脑到底是怎样事变的。

持久以来，神经学家们的主要使命是疏散和判断大脑中的差异布局。可是此刻，我们不再范围于这个题目了。Annese说：“我们不再存眷于常见的分类题目了，此刻研究者们正在实行去相识大脑是怎样发生举动的。而这个图书馆就是研究此类题目的大型项目之一，它不只很是夸大毗连性，也是人类在这个研究偏向上迈出的一大步。”

“人道化的神经科学”

可是图书馆所要力求声名的不只仅只是伟大的布局性的大脑，尚有关于每个大脑主人平生的具体信息。

捐赠者所提供应Annese打算的不只仅是他们的大脑，也有他们的“传记”。在赞成身后把大脑捐募给打算之后，他们会参加一系列的具体访谈，访谈内容包罗他们的生长汗青、病史、糊口方法以及本性等等。

这样做的首要缘故起因是为了担保科学的有用性，这些访谈文件里的微小不同在未来的某一天都有也许会辅佐人类更好的相识神经体系疾病。信息越多，就意味着科学家会更有也许找出某些人的晚年痴呆症的成长速率快于凡人的缘故起因，可能是ALS（猎云网编辑君注：肌萎缩性脊髓侧索硬化症）示意方法存在不同的缘故起因。跟着越来越多的大脑可以在线会见，大夫可以更好的找出匹配病人的大脑从而举办调查研究。

可是这个项目里的小我私人元素许多，对此，Annese表明道：“因为公家的参加，我们但愿这个网站不只仅只是一些数据泛起，而是能有一些人道化。”总而言之，相识这些疾病背后的人可以让我们更好的相识疾病。

因为这个项目是面向公家的，以是项目标捐赠者们已经赞成放弃他们的匿名权。Annese会时不时的去相识这些“大使”，去相识他们的喜爱、兴趣可能特质。个中一个捐赠者很是喜好小猫，一个捐赠者则很是受女性接待，而另一个男性捐助者已经97岁了。一位名叫Norman的ALS患者（他于2013年归天）常常呈此刻Annese的故事里。Annese笑着说道：“他来到尝试室，想要一张他站在这些大脑图像前的照片，他想要把这张照片放在他的Facebook主页上，给他的新伴侣们看看。”

固然我平常性格冷峻，可是我不得不认可，当我翻看这些捐赠者的童年照片、看他们的访谈时，我会有很大的触动。而悬挂在Brain Observatory墙壁上的艺术品就是由理睬捐募大脑的画家和雕塑家们创作的。

Annese说：“这就是我所说的人道化的神经科学，我们所要记着的是这些捐赠者，而不是他们的大脑。”

当被问及过多相识这些人会不会影响他的客观性时，Annese指着Norman大脑的图片说：“不会，这个就是客观性的浮现。”

大脑客栈的将来

除了大脑，Annese最喜好的就是烹调了，不难想象他在厨房里烹调大餐的情况。他也是一个狂热的家伙，他的热情会让你措手不及，好比说，他会在表明MRI技能的时辰停下往复切磋大脑的魅力。

对付项目，对付大脑，对付方圆的天下来说，Annese的豪情所发动的不只仅只是假造图书馆，尚有弘大的前景。他想要最终缔造一个可以团结神经科学的客观性和工钱身分的力气的处所，来辅佐人们相识和浏览他们的大脑。为此，Annese已经可以或许成立了一个独立的非营利性组织——大脑和社会研究所。

我在结果图上看到的这个项目标新构筑是一个庞大的拥有玻璃外墙的滨水构筑，就像悉尼歌剧院一样。它的内部一部门是博物馆，一部门是民众图书馆、一部门是尝试室。构筑建好后，会见者可以操作慵懒的下战书年华在图书馆里阅览关于神经体系疾病的书本，也可以寓目大脑研究院在尝试室里事变，也可以寓目Charles（之前所说起的ALS患者，女性之友）的视频访谈。Annese说道：“我的设法是，各人也可以赏识Charles的大脑，岂论数字化模式照旧3D增塑模式。”

可是这个打算却还未在筹划中。今朝，因为监视职责从UCSD转移到了Annese的非营利性机构上，该项目遭碰着了不行停止的成持久题目。在UCSD，Brain Observatory的事变是由民众和私家机构配合扶助的，包罗美国国立卫生研究所和Dana基金会。这些资金首要支持短期的研究，以是它无法遭受因为切片、数字化和公家宣传所带来的奋发价值本钱。因为资金求助，尝试室此刻只能一次存眷一个案例。

虽然，这种环境也并非只有这个项目碰着。从SETI到太阳能，许多大型研究项目都因为资金缺乏，走到了将近遏制的境地。固然有新的非营利性组织的掩护，Annese照旧必要筹集资金来为他的项目增进成长的也许性。

以是到今朝为止，那些已经捐赠的大脑都在冷藏休眠中，耐性的守候分享故事的时候。