我国科学家首次实现对斑马鱼全脑十万级神经元实时监控

科技日报记者 陆成宽

记者15日从中国科学院自动化研究所获悉，来自该所和中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心的科研人员，开发了一套实感智能计算-控制平台。基于该平台，他们在国际上首次实现对斑马鱼全脑十万级神经元的实时监控。相关研究成果在线发表于《自然·神经科学》杂志。

全脑范围单神经元活动成像技术，是解析大脑并行分布式计算原理的有力工具。然而，受限于数据实时处理能力，该技术很难实时分析以及在大尺度上闭环调控和研究脑功能。

受天文学领域快速射电暴检测技术的启发，科研人员建立了光学神经信号预处理系统，即实感智能计算-控制平台，成功对高达500MB/s的大数据流神经功能数据进行实时配准、信号提取和分析。

利用该平台，研究团队首先实时监控了斑马鱼的全脑神经元，进而快速提取和分析了斑马鱼的全脑神经元活动，同时对任意选择的神经元集群活动进行解码，以控制外部器件。这一成果标志着基于全脑单细胞光学成像的虚拟现实、光遗传调控等技术在脑科学闭环研究领域的应用迈出了关键一步。

实感智能计算-控制平台的性能，在多个脑科学闭环研究场景下得到展示。比如，利用该平台，研究人员实时将高维的全脑所有神经元活动降维到多个神经元集群的活动，并将任一集群的活动与视觉环境闭环联接，建立了基于光学成像、直接从脑神经活动到视觉环境的虚拟现实系统。在该虚拟现实中，可以随意调整神经活动与环境的相互作用，使控制环境的神经元集群根据环境变化适应性地调整其输出。

据悉，依托大数据流的实时分析和高通量全脑成像技术，研究团队未来将进一步研究筛选适合光学脑机接口的神经群体活动特征，以揭示其机制，开发出更高效的光学脑机接口技术，推进脑科学研究范式的发展。

（中国科学院自动化所供图）