【東大新聞網1月11日電】（通訊員 陳鑫 劉力娟）近日，2021年度“中國生命科學十大進展”揭曉。東南大學腦科學與智慧技術研究院彭漢川教授、生物科學與醫學工程學院顧忠澤教授和生命科學與技術學院謝維教授團隊等多共同研究的“全腦單神經元多樣性研究及資訊學大資料平臺”入選。
單神經元精度全腦圖譜，對理解大腦至關重要。高通量地重建全腦神經元是腦科學領域的重要研究方向。東南大學彭漢川、顧忠澤、謝維團隊建立了世界上首個完整的全腦單神經元解析度大資料和資訊學平臺並應用於全鼠腦研究（圖1），針對神經元的全腦三維影像資料進行高通量神經元重建，全腦對映以及智慧資料探勘，並基於此平臺生產了目前世界上數目最大的單細胞神經元形態資料集，首次揭示了長程投射規則和分子水平基礎上的神經元形態亞類多樣性（Nature, 2021）。
圖1 全腦範圍完整神經元形態成像、重建、配準、分析平臺和流程
研究團隊在將腦內神經元選擇性稀疏標記後透過fMOST成像系統獲得全腦影象，運用自主研發的開源、跨平臺的三維視覺化、重建和分析系統——Vaa3D系統（圖1）以及大資料智慧管理平臺MorphoHub（unpublished）建立標準化影象資料處理和重建工作流程，同時建立嚴格的質量控制過程，以確保重建形態的完整性； Vaa3D 系統融合了團隊開發的一系列自動重建演算法，整合了可“沉浸式”觀察、重建神經元的TeraVR（Nature Communication, 2019）以及其他不斷迭代的重建工具箱；大資料智慧管理平臺MorphoHub實現了多維大資料的有序安全儲存以及多人同時協作、多層級資料的本地和遠端的呼叫。平臺開發了跨模態配準管線-mBrainAligner演算法（Nature Methods, 2021），將資料集配準到Allen公共座標框架圖譜 (CCFv3)中（圖2）；團隊首創了多種新型的神經元分析方法，如單細胞結構的子結構域自動解析以及細胞群體和單細胞相關性分析等，在一系列生物學新發現中發揮了重要作用。 研究團隊建立了全腦範圍完整全腦神經元形態重建、配準、分析平臺和流程，實現了首個軟硬體結合的PB級超大規模腦大資料平臺和首個完整的單細胞形態資料生產流水線，證明了完整單細胞解剖學分析對神經細胞型別鑑定至關重要，對研究大腦細胞分型和功能、腦連線環路、全腦大規模模擬、類腦計算、基於生物腦的新型人工智慧演算法和系統等會持續產生重要作用。在這些工作中，東南大學團隊和多個合作方進行了緊密合作，如和騰訊公司天衍實驗室在資料質控以基於雲計算的腦資料對映等課題中取得了重要進展，專案也促進了和騰訊公司人工智慧實驗室在大資料共享平臺等領域的合作。
圖2 mBrainAligner用於跨模態影象配準、大腦輪廓繪製、全腦完整形態神經元重建資料對映、fMOST鼠腦圖譜建立的總體流程
據悉，中國科協生命科學學會聯合體自2015年開展“中國生命科學十大進展”評選，目前評選活動已連續開展7年。評選旨在推動生命科學研究和技術創新，充分展示和宣傳我國生命科學領域的重大科技成果。每年公佈評選結果後，邀請入選專案專家編寫和出版科普書籍，並舉辦交流會暨面向青少年的科普報告會，向公眾揭示生命科學的新奧秘，為生命科學新技術的開發、醫學新突破和生物經濟的發展提供新的思路，極大提高了生命科學和相關技術的社會影響力。
（責任編輯：唐瑭 稽核：李小男）
