世界最大全脑神经元三维数据库建成

[所属分类:新闻动态] [发布时间:2019-9-16] [发布人:] [阅读次数:] [返回]

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神经元(neuron，neure)，神经系统的基本结构和机能单位。主要部分包括树突、胞体、轴突、细胞膜。树突形状似分叉众多的树枝，上面散布许多枝状突起,因此有可能接受来自许多其他细胞的输入。胞体内有细胞核，而且绝大多数维持细胞生命的细胞器都在其中。轴突为细胞的输出端，从胞体延伸出来，一般很长。许多轴突由髓鞘包裹，其作用是与其他细胞的信息流绝缘。沿鞘壁有许多豁口， 称郎飞氏结。轴突到突触接端为止。

神经元作为大脑的基础组成单元，对研究大脑的结构和功能至关重要。以往，受神经元标注和成像技术的局限，得到的图像有较高的噪声和不均匀的信号。9 月 15 日，在东南大学举办的 2019 神经元重建及应用国际研讨会中，科技日报记者获悉，东南大学脑科学与智能技术研究院及东南大学 - 艾伦研究所脑数据联合中心，近日开发了一套基于 VR 和 AI 技术的开源精准数据标注系统 TeraVR，在全脑水平上重建出目前世界最大、最精确的神经元三维结构，数据量世界第一。

想获取神经元形态，通常需要做大脑细胞的稀疏标注、全脑成像、脑图像可视化、神经元形态重建等。其中，脑图像的可视化与神经元形态重建是整个流程中的瓶颈。东南大学脑科学与智能研究院客座教授王宜敏介绍，一个完整的小鼠全脑图像通常占据数十个 Terabytes，猴脑的全脑图像更是达到 Petabytes 量级。同时，脑神经元极为复杂的拓扑结构也进一步增加了形态重建的难度。

“针对这些挑战，我们基于虚拟现实及人工智能技术，设计并研发了一套开源的半自动化全脑神经元重建系统 TeraVR，能高效精确的从超大规模脑显微图像数据中，产生大量全脑神经元形态结构。” 王宜敏介绍，科研人员用高分辨率显微镜为小鼠大脑切片拍照，再将小鼠大脑中的神经元结构提取出来，制作成精准的三维图像。利用沉浸式的双目立体成像，就可以更方便的观察大脑结构，并从中分析出高度复杂的神经元树突及轴突的三维投射路径。

王宜敏表示，“系统显微图像的分辨率精度能达到 0.1—0.2 微米，而且可以识别一些通用软件中存在的重建缺失、过度重建、拓扑错误等问题。” 他说，目前该系统已经重建了 1000 多个完整的神经元结构，数据量全球第一。

“对于大脑神经元结构的了解，可以为诸如帕金森症、阿兹海默症、渐冻症等神经退行性疾病的诊断治疗，提供参考。” 王宜敏说。