华中科技大学（苏州）脑空间信息技术研究院将生成大量数据：骆清铭说每个小鼠脑图都有8 TB。但人脑的体积是小鼠大脑的近1500倍；以研究院目前的速度来看，一台单机大约需要20年的时间才能对人脑进行数字重构。骆清铭计划提高机器的速度，同时并行使用多台设备。

骆清铭期待全球合作；除艾伦研究所和冷泉港实验室之外，斯坦福大学也正与研究院筹划建立合作关系。但是骆清铭表示，虽然外界表达了浓厚的兴趣，但是研究院无法满足每个人的需求。“我们已经在婉拒别人了。”

骆清铭：脑空间信息学——连接脑科学与类脑人工智能的桥梁

原文发表于《中国科学: 生命科学》（网络版）

骆清铭. 脑空间信息学——连接脑科学与类脑人工智能的桥梁. 中国科学: 生命科学, 2017, 47.

作者单位：

华中科技大学生物医学工程系, 生物医学光子学教育部重点实验室, 武汉 430074;

华中科技大学-武汉光电国家实验室(筹) Britton Chance 生物医学光子学研究中心, 武汉 430074

摘要 提出脑空间信息学是示踪、测量、分析、处理和呈现跨层次多尺度脑空间信息数据的一门综合与集成的科学。讨论了脑空间信息学的研究内容、技术体系和关键科学问题，分析了其学科定位，展望了其应用前景。以显微光学切片断层成像为核心的全脑网络可视化技术体系的建立，标志着脑空间信息学这一新兴交叉学科日臻成熟。基于具有明确时空尺度和位置信息的神经元类型、神经环路和网络、血管网络等三维精细脑结构与功能大数据，提取跨层次、多尺度的脑连接时空特征，脑空间信息学将帮助科学家更好地破译脑功能与脑疾病，并推动类脑人工智能的发展。

关键词 脑空间信息学, 全脑网络可视化, 脑连接, 数字脑, 类脑智能

从认识脑、保护脑和创造脑角度，脑科学一般分为神经生物学、临床神经科学和计算神经科学等学科。神经生物学被定义为研究人和动物的神经系统的结构、功能及其相互关系的科学，旨在分子、细胞、神经回路或网络、乃至系统和整体水平上，阐明神经系统特别是脑的物质、能量、信息的基本活动规律，可进一步细分为分子神经生物学、细胞神经生物学、系统神经生物学、行为神经生物学、发育神经生物学和比较神经生物学等分支学科。

众所周知，脑是一个极其复杂的巨系统。脑内神经元、胶质细胞、血管等结构与功能信息高度复杂，时空尺度的跨度可达十几个数量级[1]。脑连接及脑活动是在不同时间-空间尺度上演化和变化的，其物质、能量和信息高度耦合，具有空间位置不确定性、空间关系不确定性以及时域不确定性等。如何在大跨度的时间-空间尺度上研究脑连接及脑活动的演化和变化规律是脑科学研究面临的重大挑战，然而前述分支学科都不能很好地定义这一新兴的交叉研究领域。

研究表明，学科成熟的重要标志包括独立的研究内容、成熟的研究方法和规范的学科体制等，其中相对成熟的研究方法或完备的技术体系至关重要。Seung[2] 在《连接组: 造就独一无二的你》中提到，神经科学家缺少足够的技术去测绘神经元之间的连接，因为这个原因，连接主义（connectionism）从来没有被视为一门真正的科学。由此可见技术体系在学科发展过程中的地位。

美国 Harvard 大学 Lichtman 教授领导的团队[3] 以电子显微镜为观察手段，用时15个月以 4nm×6nm×28nm 体素分辨率测绘了 0.07mm3 P32 小鼠（Mus musculus）外侧膝状体核并重建 400 多个神经元。美国 Allen 脑科学研究所重建了 100μm 分辨的小鼠脑连接图谱[4]。他们所采用的手段都没能在小鼠全脑范围内获取单神经元分辨水平的神经环路精细结构图谱，当然更谈不上获取功能连接信息。由此可见，如何在小鼠全脑范围获取神经元分辨水平的结构与功能图谱在国际上仍然是未获解决的瓶颈问题。

功能磁共振成像（functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI）主要通过测量磁共振信号来量化血氧饱和度和血流量的变化，对流向特定脑区血液的变化进行检测，从而间接反映脑神经活动所伴随的能量消耗。它可同时提供脑的解剖和功能视图。该技术的突出优点包括无损伤、无辐射、可重复测量，空间分辨率在毫米量级。DNA 双螺旋结构发现人之一、诺贝尔生理学或医学奖获得者 Crick 和 Jones[5] 在给 Nature 的评论中写道：“我无法忍受我们没有绘制出人类大脑的连接图。没有它，很难有希望能了解我们的大脑是如何工作的。”他还测算过，1mm3 的人脑视皮层包括超过 40000 个神经元。显然，fMRI 离神经元分辨水平还有很大差距。