脑图

“脑图谱”神经科学流派专注于将生物变量或特征空间映射到（人类或非人类）大脑模型上，从而生成图谱。

根据脑图谱与治疗学会（SBMT）在 2013 年提供的定义，脑图谱具体定义为使用成像、免疫组织化学、分子和光遗传学、干细胞和细胞生物学、工程学、神经生理学和纳米技术来研究大脑和脊髓的解剖和功能。

概述

所有神经影像学都被认为包括脑图谱。脑图谱是神经影像学的一种更复杂的形式，它通过额外的数据处理或分析（与成像相关或与成像无关）的结果来增强大脑图像，例如将行为投射到大脑的各个区域。连线图就是这种图谱的一种，它以圆形显示按脑叶分组的皮层区域。环内的同心圆表示许多基本的神经参数，例如皮层厚度或曲率。皮层区域之间的连接由圆中心的白质纤维表示，并根据分数各向异性和连接程度进行加权。连接组是大脑更高分辨率的表示。这些图谱通常以线框图的形式显示，显示大脑中神经元之间的特定连接。

脑图谱技术的持续发展依赖于图像采集、表示、处理、可视化和解释技术的设计和进步。功能和结构神经影像学构成了脑图谱的基础。

在学术出版物和媒体中，关于使用脑部扫描来识别“负责”爱情、音乐能力或特定记忆等情绪的“大脑区域”的说法，引起了一些科学家的批评。单个体素中可能存在数十万个神经元，但许多映射方法的分辨率通常受到限制。由于许多功能还涉及多个大脑区域，因此这种类型的论证很可能既无法用现有工具进行测试，也常常基于对大脑活动如何划分的错误假设。很可能，只有当大脑功能以更精细的尺度测量，侧重于许多微小的个体大脑回路而非大区域时，才能完全理解它们。技术问题，例如样本量小或设备校准不正确，阻碍了许多此类研究的重复。有时，这些困难被忽视，取而代之的是创建令人兴奋的期刊文章或新闻头条。在脑图谱方法尚未完全验证的情况下，将其用于商业利益、欺诈检测或医学诊断并不少见。

历史

美国国家科学院医学研究所于 1980 年代后期组织了一个小组，以评估整合来自多个神经科学领域的数据的益处。

使用非侵入性扫描技术，如弥散磁共振成像（DMRI）、结构和功能磁共振成像（SFMRI）、脑磁图（MEG）、脑电图（EEG）、正电子发射断层扫描（PET）、近红外光谱（NIRS）等，绘制人脑的解剖、生理、灌注、功能和表型特别有趣。可以绘制健康和患病的大脑，以研究不同人群（如精神分裂症、自闭症和重度抑郁症患者）的记忆、学习、衰老和药物效应。人类大脑项目因此启动。此外，它可能对改善脑损伤治疗和理解严重脑损伤（如菲尼亚斯·盖奇的损伤）至关重要。

国际脑图谱联盟（ICBM）是在多次会议之后成立的。其长期目标是创建灵活的计算脑图集。

成就

名为“视线博物馆”的互动数字收藏展示了小鼠视网膜细胞的数据。互动公民科学网站 Eyewire 于 2012 年建立，并绘制了小鼠视网膜细胞图谱。2021 年，一家美国 IT 公司发布了最全面的人脑 3D 图谱。它显示了大脑百万分之一的神经元、它们之间的连接、血管和其他结构。通过将 1 毫米³ 的组件切成约 5,000 纳米厚的切片，并用电子显微镜扫描，生成了该图谱。互动图谱需要 1.4 PB 的存储空间。研究人员使用独特的扫描方法扫描猴子的大脑约 100 小时后，创建了第一个详细的神经元级分辨率的猴脑 3D 图谱。即使经过压缩，整个 3D 图谱仍然占用超过 1 PB 的存储空间，因此他们只将其一小部分向公众开放。

大脑倡议细胞普查网络（BICCN）于 2021 年 10 月完成了绘制整个小鼠（哺乳动物）大脑图谱的长期项目的第一阶段，共进行了 17 项研究，其中包括初级运动皮层细胞类型的图谱和普查。

强化大脑

2021 年，发布了第一个展示动物大脑一生中如何演变的连接组。研究人员绘制并比较了八只同基因线虫（C. elegans）在不同发育阶段的完整大脑。同年晚些时候，科学家首次使用电子显微镜和脑彩虹成像技术展示了人类神经网络的生长方式。他们提供了十种不同小鼠的 CNS 和肌肉的详细布线图。

愿景

2021 年 8 月，2016 年启动的 MICrONS 项目的研究人员发布了一个功能连接组数据集，其中“包含对初级视皮层 (VISp) 和三个更高视觉区域 (VISrl、VISal 和 VISlm) 中约 75,000 个神经元的钙成像，这些神经元是在小鼠观看自然电影和参数刺激时记录的。” 他们利用这些信息创建了 MICrONS Explorer，它提供“一个立方毫米体积内跨越小鼠初级视皮层所有 6 层和 3 个更高视觉区域（LM、AL、RL）的解剖和功能数据的交互式可视化”。

2022 年，火蜥蜴大脑生长和再生首次时空细胞图谱——“通过时空转录组图谱解释火蜥蜴再生端脑”——发布了关于火蜥蜴大脑再生的重要发现。