AI系統(tǒng)繪出“多彩”大腦布線圖 可解開(kāi)和重建大腦密集神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)

日本九州大學(xué)研究人員在新一期《自然·通訊》上發(fā)表文章稱(chēng)，他們開(kāi)發(fā)了一種新的人工智能（AI）工具——QDyeFinder，其可從小鼠大腦的圖像中自動(dòng)識(shí)別和重建單個(gè)神經(jīng)元。該過(guò)程涉及使用超多色標(biāo)記協(xié)議去標(biāo)記神經(jīng)元，然后讓AI通過(guò)匹配相似的顏色組合自動(dòng)識(shí)別神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)。

  識(shí)別神經(jīng)元的一種策略是用特定顏色的熒光蛋白標(biāo)記細(xì)胞，研究人員可追蹤這種顏色并重建神經(jīng)元及其軸突，擴(kuò)大顏色范圍可同時(shí)追蹤更多的神經(jīng)元。2018年，研究人員開(kāi)發(fā)了Tetbow，這是一種用光的3種原色為神經(jīng)元著色的系統(tǒng)。Tetbow使追蹤神經(jīng)元和找到它們的連接變得更加容易。

  研究人員致力于將顏色的數(shù)量從3種增加到7種，但一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是人類(lèi)對(duì)顏色感知有局限性。仔細(xì)觀察任何電視屏幕，都會(huì)發(fā)現(xiàn)像素由3種顏色組成：藍(lán)色、綠色和紅色。人類(lèi)能感知到的任何顏色都是這3種顏色的組合，因?yàn)槿搜劾镉兴{(lán)色、綠色和紅色的傳感器。

  但機(jī)器沒(méi)有這樣的限制。鑒于此，研究人員開(kāi)發(fā)出一種工具，可自動(dòng)區(qū)分這些巨大的顏色組合。這個(gè)工具能自動(dòng)將相同顏色的神經(jīng)元和軸突縫合在一起，并重建它們的結(jié)構(gòu)。QDyeFinder的工作原理就是首先自動(dòng)識(shí)別給定樣品中的軸突和樹(shù)突片段，然后識(shí)別每個(gè)片段的顏色信息，接著研究人員利用新開(kāi)發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，將顏色信息組合在一起，識(shí)別出同一神經(jīng)元的軸突和樹(shù)突。

  將QDyeFinder的結(jié)果與手動(dòng)追蹤神經(jīng)元的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較時(shí)，它們的準(zhǔn)確性幾乎一致。即使與已經(jīng)充分利用機(jī)器學(xué)習(xí)的現(xiàn)有追蹤軟件相比，QDyeFinder也能以更高的準(zhǔn)確度識(shí)別軸突。

  【總編輯圈點(diǎn)】

  神經(jīng)元的突起可分為樹(shù)突和軸突。樹(shù)突是從胞體發(fā)出的一至多個(gè)突起，呈放射狀。軸突則每個(gè)神經(jīng)元只有一根?？梢园堰@一切想象成大樹(shù)，樹(shù)上伸展出不同枝丫，枝丫和枝丫之間又有連接，形成密密麻麻的網(wǎng)絡(luò)。此次，科研人員開(kāi)發(fā)了一種新的人工智能工具，他們用顏色標(biāo)記神經(jīng)元，讓人工智能進(jìn)行追蹤、識(shí)別和分類(lèi)——這正是機(jī)器擅長(zhǎng)的事情。它能夠精識(shí)別同一神經(jīng)元的軸突和樹(shù)突，分辨出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成，讓我們更深入了解大腦的運(yùn)作。