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第271話：大腦逆向工程
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大腦逆向工程來啦！腦影像的次元刀「神經獵犬」（NeuroRetriever），將腦細胞從複雜無比的大腦影像中一個個「切」出來，再重組為完整的大腦網路！
腦科學可說是21世紀最重要的科學研究領域之一。在台灣，清華大學「腦科學研究中心」，在江安世院士的帶領之下，也成為這個領域中的頂尖團隊之一。
大腦是「人之所以為人」的關鍵器官，也是人類知識最後的秘境，人類用大腦來理解從基本粒子到宇宙，可是我們卻對大腦本身所知卻極為有限；大腦如何運作、相關疾病的成因與治療，都是現代醫學感到棘手之處。
最近十幾年來，腦科學的研究起了很大的變化，以類似「人類基因體」計畫的模式，提出了「連結體」（connectome）的概念：總之先把大腦中神經細胞的連結圖畫出來再說，「為什麼要這樣連」，「連了以後要幹什麼」這些問題，就先別管了，以後再慢慢研究。
不過光是這一步就很困難，因為大腦的結構實在太複雜了！曾經有人估計，如果我們要把包含860億個神經細胞以及細胞間數以兆計連結的人類大腦的完整圖譜畫出來，得花上數萬年的時間或更久，所幸這幾年顯微影像技術越來越進步，解析度逐漸提高，取像速度也越來越快，似乎讓「破解人腦」變成「我們有生之年可能完成的目標」。
只是大腦影像實在太複雜，要把它拆解成個別腦細胞影像，當作組合大腦網路的零件，過去需要靠人工，把腦細胞從原始影像中「圈」出來。清大腦科學中心於2011年發表了全世界第一個動物大腦連結圖譜，就花了十年的時間，從養果蠅、取影像，以人工方式切出了大約兩萬個神經元，然後重組成大腦網路，這個成果舉世注目，獲得「紐約時報」的大幅報導。
但此時也凸顯了一個問題：取像速度越來越快，解析度也越來越高，影像的處理與分析靠人力會跟不上取像的速度，非得自動化不可。
東海大學應用物理系的施奇廷教授（咦這不就是我嗎）、清大江安世院士、中山大學物理系李定國院士（兩位院士也是本系合聘講座教授）、以及國家高速網路與計算中心的陳南佑博士，共同開發了自動切割神經元的演算法「NeuroRetriever」，可以自動切割神經元。實驗的結果，過去以人工方式花了十年的影像處理工作，交給演算法，不到一個禮拜就完成了。未來實驗團隊取像的速度越來越快，這個演算法能夠接手後續的分析工作，將有助於建立大腦結構連結地圖。
這個研究，發表於7月22日的「系統神經科學前線」（Frontiers in Systems Neuroscience，2020 影響係數 ＝ 3.20）。這個技術，也取得了台灣以及美國的專利。
心得：跨領域研究真的很辛苦，作者群中都是物理學家與生物學家，沒有一個是電機資工影像處理出身的，這一篇寫了N年，從「Nature Biotechnology」、「Nature Methods」開始，被退稿無數次，後來想說算了，不要挑戰這種超豪華期刊，還是趕快出版吧，也算是學術人生中寶貴的一刻。
- 超中二物理宅雜記
- 等我征服世界就把大腦連結體學列為全人類必修
- 生命宇宙與萬事萬物什麼都馬跟物理有關
- 話都給我講就好 其之271
Frontiers in Systems Neuroscience論文（2021/07/23）：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnsys.2021.687182/full
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重點摘要：研究基礎認知這個新領域的科學家認為，不只腦細胞，動植物的一般細胞也可利用生物電來儲存訊息、協調彼此活動。生物是由具有優秀解決問題能力的小單元所組成，當這些個別單元聚集並合作，智能或許因此拓展。這些想法挑戰了「人類智能與眾不同」的思維，我們可能需要重新假設：心智無所不在。
有研究發現，人類大腦可能是一台大型量子電腦，此時做個大膽假設「大腦可以進行量子運作」，大腦中的電子神經元運作，就是接受來自宇宙深處的電訊號。
我們的腦部是高級處理器，簡要來說，左右大腦會各司其職、各自運作，並互相交流，得到結論與反應
「胼胝體」是連結左右兩邊大腦訊息的橋樑，是類似高品質的訊息傳輸線
一般來說（並非絕對）左腦有邏輯及語言，右腦為圖像理解及肢體語言，經由胼胝體交流，它們得以共享合而為一
解剖學上，人類有兩種不同的結構，讓我們能變得更聰明。 第一個結構是「大腦 Brain」，另一個結構是「拇指 Thumb」。 人類有拇指，可以製作工具，再從工具上製作工具， 製作一套一套的工具，如此增強我們的智力。 我們是唯一能持續發展工具增強智力的物種。 我們人類，創造工具，讓我們變得更聰明。
《都是大腦搞的鬼》作者謝伯讓著名的腦科學專家，先前有介紹過非常推薦的《大腦簡史》，《都是大腦搞的鬼》則是比較早的作品，用比較詼諧、簡單、生活化的內容，從腦科學角度介紹消費、職場、社交到知識等面向，大腦可能產生的盲點和誤區。
大腦會有盲點，非常正常，因為演化的過程只會選擇出「足以幫助生物贏得競爭或繁
李嗣涔教授的手指識字實驗時，活躍的是阿法腦波，但是希塔裡連結的是希塔腦波，都可以連結神，那這兩者有什麼不一樣？
當時接觸皮指紋十隻手指所對應大腦區域，就覺得大腦很奧妙，每個手指都代表多元智能能力。
近幾年國際學者研究大腦有一個「慈悲利他」的神經區域，不只是人，連貓、狗都有，這一個區域非常小，但是很容易激發活動。
內文
譬如一隻狗看見別的狗受傷，這個神經區塊就會不斷啟動，人也一樣，看到災民的苦況，這塊區域
—位神經科學家的大腦之旅
高德伯．遠流出版．2004/03．洪蘭譯．
推薦給：
❦ 想跟著神經科學家，一起探索人類大腦奧妙的人
『背景知識』就像一個篩網，網越細密，新知識越不會流失。
比如說，同樣去聽一場演講，有人獲益良多，有人一無所穫，最主要的原因是語音像一陣風，只有綿密的網才可以
腦類器官指的是利用幹細胞培養出的三維神經組織，目前多數的腦類器官是由多能幹細胞培養而來，大小約為米粒大小。然而，目前的腦類器官仍缺少例如人腦結構的各個腦區的區別。為此，有科學家提出使用由胚胎大腦取出的組織幹細胞來培養腦類器官，以解決此問題。
腦類器官
腦類器官指的是利用幹細胞培養出的三維神經組織。目前的研究已經證明腦類器官具備大腦細胞（包括神經元和星狀細胞）的基本結構和功能。近期，科學家利用腦類器官來作為人工智慧實體裝置。本文將簡介此研究。
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