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2020-12-01「看見」腦神經：下一個世代的神經網路地圖
612 期
Author 作者
陳亭瑋／臺灣師範大學畢，主修生命科學。經歷專案與編輯工作，技能樹不務正業亂長，朝百變怪邁進。近期嘗試以敲鍵盤養活自己與貓。
臺灣中央研究院院士、清華大學腦科學研究中心總主持人江安世院士，最為人津津樂道的研究，莫過於2010年發表的果蠅全腦「神經網路地圖」，為腦科學研究提供了一個強而有力的資料庫。而在去（2019）年，團隊在《自然通訊》（Nature Communications ）期刊發表了使用透化層光定位顯微鏡（rapid single-wavelength lightsheet localization microscopy），解開果蠅全腦多巴胺的神經網絡，即將揭開更多記憶儲存的關鍵。江安世的研究團隊不斷圍繞在大腦的各種記憶相關領域，成就斐然。儘管在多年的研究歷程上，已經囊獲許多研究獎項肯定，但最令他興奮的，仍是運用巧思與新技術破解下一個科學難題。近年來，江安世開始挑戰轉向更大且更複雜，所有腦與神經相關研究的共通點──人腦。
在今（2020）年9月的跨領域神經科學國際研討會（TSfN）上，江安世邀約眾人加入「臺灣腦網聯盟」，他認為這個技術發展的時機點適合有興趣的科學家們集結，為了解開人類大腦之謎一同貢獻心力。
讓生命科學家像物理學家在探尋宇宙一樣，一起合作把人的腦袋的問題解決！
綜觀生命科學的發展，看得「更小更清楚」影響了我們對於生命的理解：光學顯微鏡讓人類認識了構成生命體的最小單位「細胞」，電子顯微鏡則讓我們看到細胞內各有不同功能的胞器。每次影像層面的技術進展，都代表了人類對生命世界的進一步了解。江安世的研究除了探索神經地圖，也一直在科學領域做出相關貢獻，無論是已經廣為應用，能讓組織變透明的生物組織澄清技術（tissue permeabilization），或是團隊正在進行中的超解析顯微鏡（superresolution microscopy）、五維度層光功能造影系統（functional imaging）及X光三維斷層掃描技術（x-ray tomography）等，都可望帶領所有人看見更多更複雜的生命奇觀。
江安世也對我們說明，如果說上一個世紀是屬於基因體學（genomics）的世紀，科學家終於釐清遺傳資訊怎麼傳遞給下一代，再加上了基因編輯技術，全世界還在探索如何以此改善人們的生活。那麼現在，還有另一個急待破解的歷史性課題正在眼前，重要性不遜於解答人類基因體，這個課題就是：人的大腦，究竟如何互相連結運作？
如何破解人類大腦的秘密？
人類大腦神經元之間的連結與活動被稱為連結體（connectome），腦部的神經結構會影響功能表現，但功能與活動也會造成結構變化，兩者相輔相成。科學家現今對於人類腦部，大概已經弄清楚腦區與腦區之間的連結，但更細微到神經突觸層級所知仍然極其有限。
要能夠充分了解人類的大腦，研究的方法就如同基因體學，需要一步步從簡單的模式生物往更複雜的物種延伸。已經率領團隊完成果蠅全腦神經網路地圖的江安世認為，目前的技術發展已經很接近成熟，可以開始集結準備挑戰更大的腦袋。
江安世說明，在2016年美國聖地牙哥舉辦的「神經科學國際研討會（SfN 2016）」曾經討論過這個議題，當時使用的主要工具為共軛焦顯微鏡（confocal microscopy），完成果蠅的神經網路大約要耗時10年，換算下來研究人類大腦需要1700萬年，看起來極不可能做到。但四年後的今日，如果應用超解析顯微鏡與層光顯微鏡（light sheet），鼠腦有機會在1年內完成，人腦則推測約需要100年。如果再加上更多的分子生物新技術的發展，要「越級打怪」就非常有機會成功。
完成果蠅的神經網路大約要耗時10年，換算下來研究人類大腦需要1700萬年。（123RF）靠跨領域學者共同了解大腦
「了解人類大腦」的任務，除了需要提升看得見的解析度，更包含了獲得的龐大資料究竟應該要如何收集、儲藏及分析。腦科學研究無法單打獨鬥，需要眾多科學家的加入──不僅是腦科學家，還包括了資訊科學家及物理學家等專家跨領域來共襄盛舉。……【更多內容請閱讀科學月刊第612期】