绘制脑地图，大有可为！

脑科学被公认为是自然科学的最后疆域，吸引了全世界众多科学家为之奋斗。在过去一个世纪，脑科学研究取得很大进展，但对大脑这一最复杂的器官如何运行，人们仍然知之甚少。特别是大脑如何感知外界、如何做出决策、如何左右情绪等复杂的脑功能，人类依然是盲人摸象，未知远大于已知。研究黑洞般的大脑，首先需要“看见”大脑！

10 月 28 日 ，首届南渡江智慧医疗与康复产业高峰论坛在海口开幕，在高峰论坛主题论坛环节，中国科学院院士、 海南大学校长、 海南省科协主席骆清铭首先做了《脑结构与功能的光学成像》的主题演讲，分享了绘制脑地图方面对研究和进展。

他指出：脑科学研究是攻克脑疾病的必要手段，目前我们遇到的很多疾病，如自闭症、孤独症、抑郁症、痴呆症等等都是跟脑有关，所以跟脑有关的研究是一个热点，在研究脑科学理论上无非就三个方面的事：认识、保护脑、创造脑。

我们都知道，正是大脑中小小的神经元通过突起相互联系组成了复杂的神经网络，处理来自体内外的纷繁复杂的信息，严密监控、指导着机体的正常运转。据估计，哺乳动物的大脑有数以百万计的细胞，人脑拥有860亿个神经元，但是脑研究的挑战很大，因为神经元的长度就差不多是29万公里，这意味着想去看清楚神经元一个完整的神经元，就需要分辨率极高的成像技术。在东西5200公里的长度上实现10米的分辨率。

在认识保护脑之后，要实现创造脑，就是模仿大脑创造更大的人工智能系统。

过去20多年，科学界一直在绘制脑地图，但骆院士认为这些技术都是盲人摸象，如磁共振成像（MRI）是典型的宏观脑图谱绘制技术，它能帮助我们看到脑区层次的响应和彼此之间的联接关系。MRI能快速观测全脑，但不能在神经元/细胞分辨水平真实反映脑结构与功能活动，也就是说它“看”不清。

而电子显微镜则是绘制微观脑图谱的重要手段，可以用纳米分辨率对局部突触联接进行解析，但电镜的成像范围极其有限，难以“看”全。有人测算过，即使只对1立方毫米的脑组织进行电子显微镜成像，也需要1万人1年的工作量。而传统的光学成像也只能看到一个局部。

如何看清大脑？他表示，显微光学切片断层成像（micro-optical sectioning tomography, MOST）技术是一个有效的技术，过去20多年他的团队利用MOST系列技术对脑功能的基本单元神经元细胞的完整形态及其组成的全脑网络联接进行了清晰成像。以MOST为核心的全脑定位系统（BPS）既能在亚细胞分辨水平、又能在全脑范围实现脑精细结构的观测。

他表示将全脑样本进行塑性包埋以实现硬化处理后，将其置于其团队自主研发的MOST系列成像仪器上，对样本表面进行边成像边切削的数据采集，直至完成整个样本的成像。整个过程在纳米精度控制的三维平移台上自动运行，确保连续获取的图像之间具有天然配准性，便于后期进行三维图谱的绘制和处理。

”2010年，我们在《科学》杂志首次发表“显微光学切片断层成像（MOST）获取小鼠全脑高分辨率图谱”的成果，在世界上率先实现哺乳动物单神经元分辨的全脑三维成像，这是我们团队经过近10年的技术攻关完成的。《科学》评价该工作“来自中国的团队竭尽全力地创造出最精细的小鼠全脑神经元三维联接图谱”“没有一家能达到与中国工作类似的精细程度”“所提供的数据和新的自动化脑图谱获取仪器将会为未来的研究提供重要基础”。该技术入选“2011年度中国科学十大进展”，并获得2014年度国家技术发明二等奖。”他表示

他表示在MOST基础上，为满足不同类型的神经科学研究需要，团队发展了具有不同成像特点与系统性能的系列成像技术。例如荧光显微光学切片断层成像技术（fMOST）、双色荧光显微光学切片断层成像技术（dfMOST）、高清晰荧光显微光学切片断层成像技术（HD-fMOST）等不同类型。

在脑血管图谱研究方面，骆清铭的团队建立了小鼠全脑的尼氏染色和树脂包埋方法，利用MOST技术以1微米分辨率，同时获得小鼠全脑细胞和血管的图像，发展了相应的自动识别和分割算法。进一步建立了获取、处理和分析脑血管数据的技术体系，构建了哺乳动物全脑精细血管立体定位图谱。该研究首次在全脑范围内系统性构建和标识出包含动脉、静脉、微动脉和微静脉的精细脑血管图谱，不仅对完整血管树进行三维重建，而且利用同步获取的细胞构筑图像提供的解剖信息，在单细胞水平实现了血管分支的立体定位。得益于MOST成像技术的高分辨率，团队发现了许多之前未曾报道的静脉分支，也定量分析了动脉、静脉血管与脑区的连通性及供血关系。该图谱为脑功能和脑疾病的研究提供了重要的基础性资源数据。

他认为绘制脑地图有助于那脑疾病研究和新药研发。

他认为绘制脑地图也有助于类脑技术的发展，他指出了解这些神经元所组成的网络进行信息处理的机制，有助于我们未来去进一步优化人工智能类脑智能的一些算法。所以了解真实世界的真实大脑的网络的运算的模型，对于我们未来发展智能技术是具有非常重要的意义。其实无论是美国脑计划还是欧盟脑计划，这都是他们的重要目标之一。

目前，美国欧洲都有脑计划，而中国的脑计划在研究上与欧美并驾齐驱。

他表示他已经提出了一个新型的交叉学科，叫做脑空间信息学，所谓脑空间信息学是说去示踪、测量、分析、处理和呈现，具有明确空间定位信息的全脑三维时空信息数据，这将是是一个综合集成的一个科学。

他认为脑科学研究是一个国际竞争的技术制高点，中国的科学家也完全有能力在脑科学与类脑研究，特别是脑地图的绘制方面，能够抢占这个技术的制高点。

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