인간 두뇌의 가장 상세한 3D 지도가 사이언스에 게재되었습니다! GPT-4 매개변수는 인간의 0.2%에 불과합니다.

참깨 크기의 인간 뇌 조직은 GPT-4 1개에 해당하는 시냅스 크기를 가지고 있습니다!

Google과 Harvard가 협력하여 인간 두뇌 부분에 대한 나노 규모 모델링을 수행했으며 해당 논문은 Science에 게재되었습니다.

이것은 현재까지 인간 뇌의 가장 크고 가장 상세한 복제품으로, 뇌의 시냅스 연결 네트워크를 처음으로 보여줍니다.

H01이라고 불리는 이 재구성은 초고해상도를 통해 이전에는 볼 수 없었던 인간 두뇌의 세부 사항을 드러냈습니다.

이 프로젝트의 교신 저자이자 하버드 대학의 Lichtman 교수는 이전에 이렇게 복잡한 시냅스 네트워크를 실제로 본 사람은 없다고 말했습니다.

이 모델링 결과는 뇌의 작동에 대한 심층적인 이해를 얻고 뇌 기능과 질병에 대한 인간의 추가 연구에 영감을 주는 데 도움이 될 것입니다.

이 연구에는 1입방밀리미터의 인간 뇌 조직이 포함되었지만 생성된 데이터의 양은 1.4PB에 달했다는 점도 언급할 가치가 있습니다.

인간 두뇌의 부피를 기반으로 한 연구가 있습니다. 인간 두뇌 전체를 모델링한다면 1.76ZB의 데이터가 생성됩니다. 최첨단 슈퍼컴퓨터의 저장 용량은 7/10,000ZB에 불과합니다. 단일 상태의 0.4% 미만입니다.

인터넷 전체 서버를 다 가져가도 인간의 뇌는 9개밖에 저장할 수 없습니다.

동시에 뇌 조직 1입방밀리미터에는 57,000개의 세포와 1억 5천만 개의 시냅스가 포함되어 있으며, 뇌 전체의 시냅스 수는 천조조에 달합니다.

비교하면 GPT-4의 매개변수 수는 2조 개에 불과하며 이는 인간 뇌의 시냅스 수의 0.2%에 불과합니다. 이 계산에 따르면 뇌에 있는 참깨 크기입니다.

어떤 사람들은 AGI가 다시 멀어질 수도 있다고 한탄했습니다...

나노 스케일 모델링으로 새로운 발견을 가져왔습니다

구체적으로 연구자들은 45세 여성 간질 환자로부터 측두엽을 확보했습니다. 크기는 1입방밀리미터입니다.

샘플을 신속하게 고정하고 염색하고 레진에 매립한 후 연구자들은 자동 수집 장치가 장착된 울트라마이크로톰을 사용하여 약 33.9나노미터 두께의 5019개의 연속 섹션을 절단했습니다.

그런 다음 연구원들은 다중 빔 주사 전자 현미경을 사용하여 각 슬라이스를 4×4 나노미터/픽셀의 해상도로 이미지화하고 총 크기가 약 1.4PB인 원본 2차원 이미지 데이터를 얻었습니다.

다음으로 연구원들은 계산 도구를 사용하여 이러한 2차원 이미지를 연결 및 정렬하고 3차원 복셀 데이터를 재구성했습니다.

그 후 FFN(Flood-Filling Network)이라는 기계 학습 알고리즘을 사용하여 전체 복셀의 뉴런 형태를 분할하고 수동으로 분할 오류를 수정하여 최종적으로 1입방밀리미터의 뇌를 재구성했습니다. 조직 내의 모든 세포, 시냅스, 혈관 및 기타 구조의 차원 모양.

FFN은 2018년 Google Brains에서 제안했습니다. 기본 아이디어는 시드 포인트에서 시작하여 그 주변을 재귀적으로 확장하여 배경이나 다른 객체의 경계를 만날 때까지 연결된 모든 복셀을 표시하는 것입니다.

동시에 기계 학습 모델을 사용하여 시냅스 위치를 자동으로 식별하고 흥분성 시냅스와 억제성 시냅스를 구별했습니다. ㅋㅋㅋ

이를 바탕으로 연구진은 재구성된 세포 형태를 분석하여 뇌 영역의 주요 세포 유형 구성을 확인했습니다.

총 57,180개의 세포 중 49,080개가 뉴런과 신경교세포이고, 8,100개가 혈관과 관련되어 있으며, 뉴런과 신경교세포 중 후자가 전자의 약 2배입니다.

뉴런 중 65.5%는 스파이크가 있는 피라미드형 뉴런이고, 29.1%는 신경교 세포 중에서 매끄러운 돌기를 갖는 중간 뉴런이며, 희소돌기아교세포가 가장 일반적입니다.

연구원들은 시냅스 위치와 유형(흥분성/억제성)을 자동으로 식별하는 기계 학습 모델을 개발했습니다.

이 뇌 영역에는 총 약 1억 5천만 개의 시냅스가 포함되어 있으며, 그 중 1억 1100만 개는 흥분성 시냅스이고 나머지 3900만 개는 억제성 시냅스입니다. 또한 피질 수준에 따라 흥분성 시냅스와 억제성 시냅스의 분포 밀도가 다릅니다.

각 뉴런이 수신한 시냅스 입력을 분석함으로써 연구자들은 대다수(96.49%)의 축삭이 표적 세포와 하나의 시냅스를 형성하지만 소수의 축삭은 여러 시냅스(최대 50개 이상)를 형성하고 확립할 수 있음을 발견했습니다. 특히 표적 세포와 강한 연결이 있습니다.

추가 분석에 따르면 이러한 다시냅스의 "강한 연결"은 흥분성 축삭과 억제성 축삭 모두에서 널리 퍼져 있으며 시냅스가 무작위로 형성되었을 때 그 수가 예상보다 훨씬 더 많았습니다.

연구원들은 수많은 무작위 약한 연결 중에서 특정 소수의 축삭이 의도적으로 형성된 강한 연결을 통해 뉴런의 활동을 조절할 수 있다고 추측합니다.

또한 연구원들은 특별한 유형의 피라미드 뉴런도 자세히 분석했습니다.

이 "삼각형" 세포와 "나침반" 세포의 기저 수상돌기에는 두 개의 거울 대칭 방향이 있는데, 이는 서로 다른 기능을 가질 수 있음을 시사합니다.

그러나 저자는 해당 샘플이 간질 환자의 것이라고 밝혔습니다. 광학 현미경으로 뚜렷한 병리학적 변화는 발견되지 않았지만 장기간의 간질이나 약물 치료로 인해 일부 변화가 발생했을 가능성도 배제할 수 없습니다. 피질 조직의 연결이나 구조에 미묘한 영향을 미칩니다.

즉, 이 모델의 보편성은 추가 검증이 필요할 수 있지만 적어도 시냅스 네트워크의 또 다른 계층을 공개했습니다.

사람들이 모델링 결과를 활용하여 더 많은 미스터리를 발견할 수 있도록 연구팀은 모든 원본 데이터, 모델링 결과 및 관련 도구를 오픈 소스로 만들었습니다.

모든 데이터 도구는 오픈 소스입니다.

저자는 다른 연구자들이 H01 데이터 세트를 다양한 규모로 탐색하는 데 사용할 수 있는 온라인 대화형 데이터 시각화 플랫폼인 Neuroglancer를 설립했습니다.

모든 원본 전자현미경 슬라이스 이미지는 물론 뉴런 형태, 시냅스 위치, 흥분성/억제의 분할 결과는 물론 다양한 유형의 세포 레이블도 포함되어 있습니다. 사용자는 데이터 세트의 미시적 측면과 거시적 측면을 유연하게 관찰할 수 있습니다. . 구조.

데이터 외에도 저자는 뉴런 사이의 시냅스 연결을 탐색하는 도구인 CREST와 Neuroglancer와 긴밀하게 통합된 온라인 협업 교정 플랫폼인 CAVE를 오픈 소스로 제공하여 다른 연구자들이 이 전례 없는 이 전례 없는 현상을 탐색하고 분석할 수 있도록 돕습니다. 모든 각도에서 대규모 인간 두뇌 데이터 세트.

저자는 이 결과를 오픈소스화하면 학계에 인간 뇌의 구조와 기능을 연구할 수 있는 물리적 기반을 제공하고, 질병 연구에 참고자료가 될 것이라고 말했습니다.

H01이 인간 두뇌 전체에 비해 전례 없는 상세한 정보를 가져왔지만, 이러한 데이터는 이 거대한 기관의 빙산의 일각에 불과합니다. 미래에는 인간 두뇌의 더 많은 영역과 수준에 대한 유사한 나노 규모 이미징이 필요할 것입니다. . 그리고 입체적인 재구성을 위해 저자는 학계에도 협력을 요청한다.

One More Thing

H01 시리즈 데이터 공개는 Google Research의 Connectomics 팀 창설 10주년과 일치합니다.

이전에 팀은 25,000개의 뉴런과 이들 사이의 수백만 개의 연결을 포함하는 초파리 뇌 지도도 공개했습니다.

작년에 팀은 쥐 뇌의 해마 지도를 작성하기 위해 여러 대학과 협력하고 3,300만 달러를 지출하겠다고 발표했습니다. 이 프로젝트는 팀의 다음 작업의 초점이기도 합니다.

이번에 공개된 H01 맵은 2021년 6월 데이터 세트 및 사전 인쇄 용지로 처음 출시되었습니다. 최적화 및 시냅스 특성에 대한 심층 분석을 거쳐 오늘 공식 버전의 논문이 공개되었습니다.

논문 주소: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk4858

参考链接：
[1]https://research.google/blog/a-browsable-petascale-reconstruction-of-the-human-cortex/。
[2]https:// www.sciencealert.com/amazingly-detailed-images-reveal-a-single-cubic-millimeter-of-human-brain-in-3d。
[3]https://news.ycombinator.com/item? id=40313193。

위 내용은 인간 두뇌의 가장 상세한 3D 지도가 사이언스에 게재되었습니다! GPT-4 매개변수는 인간의 0.2%에 불과합니다.의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!