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【导语】在科幻与现实交织的边界，科学家们正以前所未有的精度探索大脑的奥秘。近日，一项基于小鼠大脑的研究揭示了神经元如何在观看《黑客帝国》等影像时被激活，并首次绘制了哺乳动物大脑的大规模“接线图”。这一成果不仅标志着连接组学的重大突破，更为未来探索脑疾病治疗、推动人工智能发展奠定了坚实基础。然而，随着脑图谱的逐渐完善，我们也不得不面对由此引发的伦理挑战。在这场探索大脑深处的旅途中，我们既是觉醒者，也是自身命运的程序员。

一只小鼠安静地坐在实验室里，眼前闪过《黑客帝国》中尼奥躲避子弹的经典镜头。它的视觉皮层中，成千上万的神经元随着画面的闪烁而被激活，如同夜空中接连亮起的星辰。

小鼠一立方毫米的脑组织中的 1,000 多个大脑神经元的渲染图。（图片来源：艾伦研究所Allen Institute）

这一(yī)幕不仅是科幻电影的再现，更是一场真实科学实验的起点，科学家们研究了完成这些“光影表演”的神经元，首次绘制了哺乳动物大脑的最大规模“接线图”。

哺乳动物的大脑结构具有高度保守性，虽然小鼠大脑与人类大脑之间存在差异，但其神经元的信号传递规则、层级处理架构与人类高度相似。通过研究小鼠是如何观看《黑客帝国》等影像的，可以帮助我们理解视觉是怎么在大脑中形成的。

小鼠大脑皮层中的锥体神经元图像。（图片来源：维基百科）

人脑约由860亿个(gè)神(shén)经(jīng)元(yuán)构(gòu)成，每个神经(jīng)元(yuán)通(tōng)过(guò)平(píng)均(jūn)1000个(gè)突(tū)触(chù)与(yǔ)其(qí)他神经元连接。神经元由三部分构成：树突负责接收信号（类似天线），细胞体整合信息（如同处理器），轴突传递信号（相当于光缆）。

当视觉信号从视网膜传入大脑时，初级视觉皮层可以检测图像的朝向信息、颜色、运动方向、视野中位置等信息，之后初级视觉皮层会经过至少6级神经元的(de)接(jiē)力传递将视觉信息分发给多个更高级的脑区，由这些高级脑区进行分工细致的后续处理。这些高级脑区又会和更多脑区联系，从而影响人的行为和思想。

一立方毫米脑组织：

20万神经元与5亿突触的密码

该研究基于一个名为MICrONS的国际合作项目，项目涉及众多科研团队合作研究，旨在通过对大脑算法进行逆向工程来彻底改变机器学习，使用高通量成像技术绘制皮层回路的功能和连接性，目的是提供对皮层功能基础计算原理的见解，以推进下一代机器学习算法。

MICrONS项目开发的可视化工具Neuroglancer界面图。

而在本次小鼠实验中，科学家们利用一立方毫米的小鼠脑组织，定位了20万个脑细胞（其中8.2万为神经元）、5亿个突触及总长4公里的神经纤维。该 “接线图”还首次大规模记录了单个神经元的活动，标志着连接组学（connectomics）的重大突破。

研究团队使用了一种经过基因改造的小鼠，这种基因会让神经元在活跃时发光。

艾伦研究所的研究人员在审查神经元重建图。

他们先让小鼠观看两小时视频，包括科幻电影《黑客帝国》、体育、动画和自然的片段，使用激光显微镜记录了其视觉皮层7.6万个神经元的放电活动；随后将脑组织切成2.5万多片30-40 纳米厚的切片。然后这些组织切片在电子显微镜下放大大约20万倍拍摄，产生总共近1亿张高分辨率的图像，逐层成像并合成3D图谱(pǔ)；最(zuì)终(zhōng)用(yòng)AI标(biāo)注(zhù)神(shén)经(jīng)元(yuán)、分(fēn)支(zhī)及(jí)突(tū)触(chù)，并(bìng)将(jiāng)结(jié)构(gòu)与(yǔ)功(gōng)能(néng)数(shù)据(jù)匹(pǐ)配(pèi)，形(xíng)成(chéng)了(le)这(zhè)种(zhǒng)宇(yǔ)宙(zhòu)星(xīng)系(xì)般(bān)绚(xuàn)烂的大脑神经图谱。

从基因组计划到脑计划：

未来的无限可能

基于电子显微镜数据的渲染，显示神经元在大脑皮层片段中的位置。（图片来源：哈佛大学）

虽然当前图谱仅覆盖小鼠全脑的0.2%，已耗费数名科研人员数年时间，要绘制完整脑图，还有很长的路要走，但是这项成果如同人类基因组计划的开端，为未来探索脑疾病治疗奠定了基础。

这一庞大且公开的数据集将助力揭示认知与行为的神经网络本质。在未来，这类图谱可能会催生出革命性应用。例如脑际接口技术、神经调控技术、人工智能发展记忆存储等。

随着脑图谱逐渐完善，我们正站在前所未有的伦理十字路口。这项技术既能精准定位大脑病灶，也可能让大脑成为透明的“数据金库”。

我们不禁反思：完全解析大脑是否会像《弗兰肯斯坦》的故事那样带来伦理困境？如果某天能数字化人类意识，那个“副本”是否具备人权？我们既要惊叹神经回路的精妙，也要警惕技术对人性本质的挑战。

电影《黑客帝国（The Matrix）》剧照

正如《黑客帝国》中尼奥凝视着绿色数据流的本质世界，人类对大脑的探索正在揭开意识最深层的“源代码”。如果意识只是生物电信号的复杂组合，那么人类引以为傲的创造力与情感，是否终究是神经递质演绎的精密程序？在解码大脑的道路上，我们既是手握红色药丸的觉醒者，也是编写自身存在意义的程序员。（编译：杨雨鑫）

参考资料：

https://www.nature.com/articles/d41586-025-01088-x

https://phys.org/news/2025-04-scientists-mouse-brain-complex-galaxy.html

https://www.microns-explorer.org/

https://www.nature.com/articles/s41586-025-08790-w

https://apnews.com/article/brain-map-neurons-alzheimers-autism-1a4e9db0a86c082e10da9c154546c592

https://en.wikipedia.org/wiki/Neuron

作者：杨雨鑫

策划：刘颖 张超 李培元 杨柳

审核：宋坤

北京大学未来技术学院助理教授、研究员