看看我們美麗又缺少＂自知之明＂的大腦

從"認識你自己"到腦圖譜時代

早在古希臘哲學的源頭，德爾斐阿波羅神廟的門楣上便鐫刻著“認識你自己”（Gnothi Seauton）的箴言。蘇格拉底將此視為哲學的起點，強調反思與自省的重要性。此後，柏拉圖、亞裏士多德等哲人從倫理、靈魂、理性等多個維度對“人”展開了係統探索。

一直到18世紀德國偉大哲學家，當代哲學的之父康德Immanuel Kant （1724－1804），才在人類認識的曆史上第一次係統地把人自身當做認識的主體，同時也當作認識的客體。比如，康德詳細論述了人類認識客體的＂先驗＂工具，如"時間"和"空間"的概念。康德的現象學理論發展到今日已經成為著名的後現象學的雙向建構理論。也就是說，人在建構外部世界的同時，也在建構自己內部的，即理性認知和人類知識的建構，也包括了精神和心理的內部世界的建構。

從康德出發，哲學界圍繞“主體性”的問題逐漸演化出多條思想路徑：黑格爾認為人的主體通過曆史辯證過程實現“絕對精神”的自我展開；尼采反叛理性中心，提出人的“權力意誌”；弗洛伊德揭示人的潛意識和欲望的深層結構；皮亞傑則用人類兒童認知發展研究建構了“發生認識論”；海德格爾將人的存在定義為“此在”，強調時間性與生存經驗；福柯、拉康與德裏達等則通過人的語言、權力、結構等視角批判理性主體的穩定性與獨立性。總之, 幾百年來，哲學家們對人類主體和主體性，以及人的理性、思維、意誌、精神，潛意識和下意識等方方麵麵進行了大量的探索和研究。

現代科學的發展到今天，人類的科學技術和知識的積累已經達到了新的高度，而作為認識的工具，新的科學技術，理論概念，方法論和手段也都大大的成熟了。依賴於現代科學技術的發展和成熟，尤其是生物學、生物醫學、遺傳生物學、生物工程、腦科學、人類基因工程等大量的邊緣交叉科學領域，包括了最新的人工智能研究工具和方法, 人類對自身、對大腦的認識，才得以由少到多、由淺入深、由片麵趨於全麵，雖仍未完全揭示真相，但始終處於持續推進的動態過程中。2025年初始，我們走到了一個新的曆史路口，全球科學界迎來兩項突破性成果: 

其一，由FlyWire國際合作組織繪製的果蠅全腦圖譜，包括139,255個神經元及其連接，是首個完整“能看能動”生物的神經全景圖, 發表於《Nature》期刊。研究人員將一隻雌性果蠅大腦切成7000片，每片隻有40納米, 提取了14萬神經元的形狀和神經元之間的50000個連接，還對果蠅大腦8000多種細胞類型進行的分類。研究人員認為, "如果我們想了解大腦是如何工作的，我們就需要從機製上了解所有神經元是如何組合在一起讓你思考的。對於大多數大腦來說，我們還不知道這些網絡是如何運作的"。

其二，由哈佛大學與穀歌公司研究團隊聯合繪製的人腦部分圖譜，展現了一塊僅1立方毫米人腦組織中高達5.7萬個神經元、1.5億個突觸及近9英寸長的血管網絡。這是目前最高分辨率的人類神經係統圖像，發表於《Science》期刊，並開放在線瀏覽。這一米粒大小的人腦切片僅是整個成人大腦的百萬分之一。成人大腦包含約1700億個細胞，其中神經元約860億。這些研究成果，雖然仍隻是冰山一角，卻預示著我們開始觸及長期籠罩在主體性哲學語境下的人類“自我之謎”的物質邊界和科學領域。以下就是美國媒體有關這兩個最新研究結果的報道摘要。

科學家首次繪製出果蠅大腦的全腦圖

美國媒體4月13日報道，科學家首次繪製出果蠅大腦的全腦圖。這項具有裏程碑意義的成就是由一個名為 “FlyWire Consortium ”的大型國際科學家合作完成的，其中包括來自 MRC 分子生物學實驗室（位於英國劍橋）、普林斯頓大學、佛蒙特大學和劍橋大學的研究人員。果蠅大腦中約 100 個運動神經元的 3D 效果圖。這些神經元控製著果蠅的口腔部位。顏色與它們投射的神經相對應。該研究成果發表在《自然》（Nature）雜誌上的兩篇論文中。

這幅繪製了成年果蠅大腦中全部 139,255 個神經元的圖譜，是第一幅能行走和看東西的動物的全腦圖譜。此前的研究已經完成了更小的大腦的全腦圖解，例如，果蠅幼蟲的大腦有3016個神經元，線蟲的大腦有302個神經元。果蠅視覺係統中 7.5 萬個神經元的 3D 效果圖。研究人員表示，整個果蠅大腦圖譜是完成更大大腦的關鍵第一步。由於果蠅是一種常見的研究工具，它的大腦圖譜可以用來推進我們對神經回路工作原理的理解。

來自英國皇家研究理事會分子生物學實驗室和劍橋大學的傑弗裏斯博士是這項研究的共同負責人之一，他說："如果我們想了解大腦是如何工作的，我們就需要從機製上了解所有神經元是如何組合在一起讓你思考的。對於大多數大腦來說，我們還不知道這些網絡是如何運作的。"果蠅能做各種複雜的事情，比如行走、飛行、導航，雄蠅還能唱歌給雌蠅聽。大腦線路圖是理解我們感興趣的一切事物的第一步--我們是如何控製自己的行動、接聽電話或認出朋友的。

普林斯頓大學的 Mala Murthy 博士是這項研究的共同領導者之一，她說："我們已經向所有研究人員開放並免費提供了整個數據庫。我們希望這對試圖更好地了解健康大腦如何工作的神經科學家來說將是一次變革。"未來，我們希望有可能比較當我們的大腦出現問題時會發生什麽，例如精神健康狀況。

科學家們發現，這張地圖上的線路與之前繪製出部分果蠅大腦的小規模工作之間有很大的相似之處。研究人員由此得出結論：單個大腦之間的線路有很多相似之處--每個大腦都不是雪花一樣的獨特結構。在將他們繪製的大腦示意圖與以前繪製的大腦小區域示意圖進行比較時，研究人員還發現，約有0.5%的神經元存在發育變異，這可能會導致神經元之間的連接線路錯誤。研究人員說，這將是未來研究的一個重要領域，以了解這些變化是否與個性或腦部疾病有關。

整個果蠅大腦不到1毫米寬。研究人員首先將一隻雌蠅的大腦切成七千片，每片隻有40納米厚，這些切片之前在項目共同負責人博克（Davi Bock）的實驗室裏用高分辨率電子顯微鏡掃描過。分析超過100兆兆字節的圖像數據（相當於100台普通筆記本電腦的存儲量），以提取約14萬個神經元的形狀和它們之間的5000萬個連接，這對人類來說是一個巨大的挑戰，無法手動完成。

研究人員利用普林斯頓大學開發的人工智能來識別和繪製神經元及其相互之間的連接。然而，人工智能在這種規模的數據集中仍然會出現許多錯誤。由全球超過 76 個實驗室的團隊、287 名研究人員以及公眾誌願者組成的 FlyWire 聯合會花費了大約 33 人年的時間，對所有數據進行了艱苦的校對。普林斯頓大學的Seung 博士是這項研究的共同領導者之一，他說："人工智能計算技術的進步使得繪製整個大腦圖成為可能--手動重建整個線路圖是不可能的。這展示了人工智能如何推動神經科學向前發展。蠅腦是我們重建整個小鼠大腦線路圖道路上的一個裏程碑。

研究人員還對布線圖上的許多細節進行了注釋，例如對整個果蠅大腦的 8000 多種細胞類型進行了分類。這也讓研究人員能夠選擇大腦中的特定係統進行進一步研究，比如參與視覺或運動的神經元。傑弗裏斯博士補充說：“要開始對大腦進行數字模擬，我們不僅需要了解大腦的結構，還需要知道神經元是如何發揮相互開啟和關閉的功能的。”"利用我們的數據，其他科學家已經開始嚐試模擬果蠅大腦如何對外界做出反應。這是一個重要的開端，但我們還需要收集許多不同種類的數據，才能製作出可靠的大腦功能模擬。

佛蒙特大學的博克（Davi Bock）教授是這項研究的共同領導者之一，他說："電子顯微鏡數據的超精細性帶來了自身的挑戰，尤其是在規模上。這個團隊編寫了複雜的軟件算法，以識別所有細節中的細胞結構和連接模式。"我們現在可以繪製精確的突觸水平圖，並利用這些圖更好地理解全腦尺度的細胞類型和電路結構。這將不可避免地加深對神經係統如何處理、存儲和調用信息的理解。我認為，這種方法為今後在蒼蠅和其他物種中分析全腦連接組指明了方向。

這項研究是利用雌蠅的大腦進行的。由於雄蠅和雌蠅大腦的神經元結構存在差異，研究人員計劃將來也對雄蠅大腦進行表征。

穀歌人工智能繪製3D人類大腦部分切片區域圖譜

媒體4月16日報道, 由哈佛大學和穀歌公司的研究人員繪製的這幅突破性的人類大腦的一小片區域地圖, 顯示了大約5.7萬個神經元、9英寸（約合230毫米）長的血管和1.5億個突觸，即神經元之間的連接點以及它們與其他細胞形成的錯綜複雜的網絡。地圖揭示了 “神秘而美麗 ”的人類大腦切片。 哈佛大學分子和細胞生物學教利奇曼博士是這個長達 10 年的項目負責人。

人腦是一個非常複雜的器官，有大約1700億個細胞，其中包括860億個神經元。這幅圖描繪的是一小塊大腦，體積約為1立方毫米，比一粒米還小。而整個成人大腦的體積要大一百萬倍。研究人員以前曾利用磁共振成像（MRI）技術窺探過毫米級的大腦。最近，先進的顯微鏡技術揭示了更小範圍內的細節，增進了我們對大腦內部運作的了解。現在，利希特曼和他的同事利用這些顯微鏡方法和AI係統，從一塊納米級（或百萬分之一毫米）的大腦中繪製出了一幅三維地圖。這展現了科學家們所能達到的最高分辨率的器官圖像。《科學》（Science）雜誌介紹了由此繪製的細胞圖譜，科學家們也可以在線瀏覽。

這塊大腦碎片取自一名45歲的女性，她曾接受腦部手術治療癲癇。醫生從她大腦最外層的大腦皮層取出了這塊碎片。在用防腐劑固定樣本後，研究人員用重金屬對其進行染色，以幫助他們觀察細胞。然後，他們將組織嵌入樹脂中，切成5000多片，每片厚度約為30納米。研究小組用高速電子顯微鏡掃描了每一片切片，這種顯微鏡使用多束電子照亮樣本中的細胞。然後，他們將顯微鏡數據發送到穀歌，利用人工智能進行進一步分析。穀歌的研究人員利用機器學習模型在不同的顯微圖像中識別出相同的物體，然後為所有圖像中的每個物體創建三維渲染圖。然後，他們以電子方式將這些渲染圖拚接在一起，以三維方式重建整個樣本。最終的三維地圖包含了1.4PB（100萬GB）的龐大數據。

這個項目產生的數據量之大、複雜程度之高，要求穀歌有能力開發出最先進的機器學習和人工智能算法來重建三維連接組。科學家們繪製的詳細地圖包含了幾個驚喜。例如，他們發現一些神經元的傳出線（或稱軸突）纏繞成結，形成輪狀，Jain 稱其為 “神秘而美麗”。研究小組還發現了神經元之間的罕見連接，其中單個軸突與多達 50 個突觸相連。研究小組說，任何兩個人的腦組織樣本看起來都不太可能完全一樣，部分原因是大腦的接線方式取決於個人的經曆。

研究小組的下一個目標是繪製小鼠的整個大腦，其大小將是這個人腦樣本的 500 倍。他們將從海馬區開始，這是學習和記憶的關鍵區域。利希特曼說："我們已經開始了這項雄心勃勃的任務。

Reference Link: 

新高端研究揭示：你的腦袋像啥?
https://blog.wenxuecity.com/myblog/75697/202011/26541.html

First Map of Every Neuron in An Adult Brain
https://www.msn.com/en-us/news/technology/first-map-of-every-neuron-in-an-adult-brain

Nature: Original Article Abstract
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07686-5

MSN: New 3D Map Charted with Google AI 
https://www.msn.com/en-us/news/technology/new-3d-map-charted-with-google-ai-reveals-mysterious-but-beautiful-slice-of-human-brain/ar-BB1mAYm5?ocid=msedgntp&pc=U531&cvid=bdd40c0d5e884bbb8ba37cbd6f8c6551&ei=162