小鼠1立方毫米脑洞，藏着AI的未来密码？
基于大脑皮层网络的机器智能（MICrONS）项目，美国科学家利用新开发的人工智能工具，从小鼠大脑中仅1立方毫米（约相当于一粒芝麻大小）的空间里，追踪了约84000个神经元、5亿个突触和6公里长的神经元连接。相关系列研究成果4月10日在线发表于《自然》和《自然—方法》。
MICrONS项目，隶属于美国高级智慧研究计划（IARPA），是奥巴马时代大脑计划（BRAIN Initiative）的一部分。它旨在反向设计1立方毫米的大脑，研究大脑的计算方式，并运用这些研究发现去更好地影响机器学习和人工智能算法。
大脑是由包括神经元在内的细胞构成的细胞网络，神经元会受到刺激而激活，并通过突触连接。认知功能的基础涉及神经元激活和细胞连接之间的相互作用。为了深入了解哺乳动物的大脑回路，MICrONS项目参与者从一只小鼠的视觉皮层中生成了一张大规模的神经形态和连接的高分辨率图谱，并探索了它们与功能和遗传特征的关系。
研究者先给小鼠开“脑洞”：让它边跑步边看视觉图像，在此过程中记录小鼠大脑内约75000个神经元的活动。他们对小鼠进行改造，使其神经元在活跃时能发出荧光蛋白。随后，他们将这些数据与仅1立方毫米的小鼠视觉皮层的重建连接图进行匹配。对该样本的电子显微镜观察识别出了超过20万个细胞、约84000个神经元和5.24亿突触连接。这些研究描述了识别不同细胞、分析连接以及将布线图与神经元活动联系起来的工具。这些工作共同提供了对大脑特定部分的描述，为这些脑区如何协同工作带来了新见解。
小鼠视觉皮层与其他哺乳动物（包括人类）有不少相似之处，因而是一个有趣的研究对象，但这只是大脑的一个区域，而且还是很小的一部分。研究者表示，该研究完整回路需要更广泛的图谱，而这需要连接组学领域工具和方法的进步。
“尽管存在这些局限性，这项工作仍标志着重大的进步，为学界未来的神经科学发现提供了宝贵的资源。”哈佛大学的Mariela Petkova和Gregor Schuhknecht在一篇同期发表的新闻观点文章中写道。他们称MICrONS项目是“史上最全面的将哺乳动物脑结构与活跃动物神经活动联系起来的数据集。”
MICrONS项目的前期计划是绘制啮齿动物1立方毫米大脑范围内的所有神经回路，后期计划则是利用对这1立方毫米大脑的了解，研究大脑进行运算活动的方式，并将研究结果更好地应用于机器学习和人工智能计算领域，优化人工智能算法。
该项目启动之初，许多人就认为其难如登天，可能无法实现。目前，前期计划已经完成，后期计划能否将芝麻粒大小的人脑活动搬进计算机？尚需拭目以待。
在MICRONS项目中，12万个脑细胞（神经元+胶质细胞）中有一小部分被重建。每个重建的神经元都有不同的随机颜色。在某些图像中，一部分神经元被渲染为以不同方式发光，以表示该数据集包括来自一部分神经元的功能记录。 图片来自：艾伦研究所 
在MICRONS项目中，12万个脑细胞（神经元+胶质细胞）中有一小部分被重建。每个重建的神经元都有不同的随机颜色。在某些图像中，一部分神经元被渲染为以不同方式发光，以表示该数据集包括来自一部分神经元的功能记录。图片来自：艾伦研究所 
根据大型电子显微镜数据集重建的第5层Martinotti细胞（灰色）的渲染图。输出突触（亮点）根据目标细胞类型进行颜色编码。红色点表示兴奋性第2或3层锥体细胞上的突触，青色点表示第5层内投射兴奋性神经元上的突触。图片来自：艾伦研究所Clare Gamlin相关论文信息:
https://doi.org/10.1038/s41586-025-08790-w
https://doi.org/10.1038/s41586-024-07780-8
https://doi.org/10.1038/s41586-024-07765-7
https://doi.org/10.1038/s41586-025-08840-3
https://doi.org/10.1038/s41586-025-08829-y
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