骆清铭|看清脑联接 探索“小宇宙”
——记国家自然科学基金创新研究群体项目“生物医学光子学”
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生物医学光子学创新研究群体合影（前排左七为骆清铭） 。研究团队供图
■采访人员 张双虎
“信仰是相信我们所未看见的，而对这种信仰的回报，是看见我们所相信的 。”中国科学院院士、海南大学校长骆清铭有个宏大的梦想——看清大脑、弄懂大脑 。
在国家自然科学基金的持续资助下，骆清铭团队凭着超凡的信念和执着，以“蚂蚁啃骨头”的韧劲，在20多年时间里，从冷门的交叉学科研究组成长为颇具国际影响力的研究团队 。近年来，他们的坚守和执着有了“回报”：团队建立的全脑定位系统（BPS），能够在亚细胞分辨水平对全脑精细观测；他们的高清成像技术（HD-fMOST），能清晰看到神经元的联接，实现了“在太阳旁看到星星” 。
解构“最后疆域”
人类通过大脑认知世界，却对认知世界的大脑知之甚少 。
人脑是一个拥有1000亿神经元和1015个神经联接构成的复杂神经网络 。同时，大脑又是一块无法碰触的“禁地”，人们无法弄清里面有些什么、到底怎样 。因此，大脑被称为人类认识自然的“最后疆域”，脑科学研究也成为世界各国科技人员角逐的前沿 。
“研究大脑的结构和功能，是人类理解自我存在、自我潜力与自我局限的重要过程 。”骆清铭告诉《中国科学报》，“人们的呼吸、心跳、繁殖等基础功能，以及每天听到、看到、感受到外部的世界，无一不是大脑中数百亿神经元作用的结果 。一旦大脑出现异常，将引发机体功能紊乱（严重时危及生命）与精神性疾病（抑郁症、帕金森综合征等） 。”
【骆清铭|看清脑联接 探索“小宇宙”】认识大脑，弄懂这些神经网络是如何交织在一起的、在意识与行为产生时神经元“暗地里”进行了怎样的操作，科学家需要先看清大脑——绘制出脑联接图谱 。
骆清铭解释说，绘制出脑联接图谱可以帮助科学家在全脑范围解构神经网络，弄清楚神经元从哪儿来、到哪儿去，如何构成网络并行使什么功能，神经元有多少种类型，最基本功能单元是什么，神经网络有什么特点，如何从结构之“连接”到功能之“联接” 。
“类似于芯片反向工程，基于脑联接图谱，通过对脑神经元网络的提取与分析、整理，可以帮助科学家洞悉大脑工作原理、神经元及神经元网络的工作机制，助力类脑智能产品的设计 。”骆清铭说，“从脑疾病防治角度看，有了脑联接图谱，‘维修’就方便多了 。当然，我们还可以基于脑联接图谱来优化、增强、开发或应用脑的智能 。”
在太阳旁看到星星
为“看清”大脑，全球科学家都在不懈努力 。国际上关于脑图谱的研究有功能磁共振成像（fMRI）、电镜等 。“fMRI无法分辨出每个神经元，像‘雾里看花’ 。而电镜只能看到神经元的局部，就像‘只见树木不见森林’ 。”骆清铭说 。
2010年，骆清铭团队在多项科学基金和其他项目资助下，发明了显微光学切片断层成像技术（MOST），通过对鼠脑3%~5%的神经元进行高尔基染色，看到了这些神经元间的联接情况，获得了世界上第一套小鼠全脑图谱 。
“我们设定的目标是，花生米大小（约1立方厘米）的鼠脑，在全脑范围内每一处的体素分辨率都优于1立方微米（这样才看清每一根神经元） 。”骆清铭说，“这需要把鼠脑切分1万多层，而切片薄到1微米是艰难的挑战 。”
对鼠脑切片时，必须用自然界最坚硬的材料——金刚石刀 。在项目研究初期，刀具损坏是个令研究人员头疼的问题 。“只要一运行设备，刀刃很快就出现缺口，更不要说连续稳定切削上百个小时 。”该群体成员李安安说，“造成刀具损坏的原因有很多，如刀具、切削样本、切削参数、切削系统刚性、外部振动影响等 。由于此前没人做过这件事，所以所有可能的原因都需要我们去一一排除 。”
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