照进“一束光”，大脑活动“看得见”

本文转自：新华日报

人工智能给神经类药物研发带来新突破

照进“一束光”，大脑活动“看得见”

□ 本报记者 叶 真

4月初，记者走进位于南京生物医药谷的寒武智元（南京）生物医药科技有限公司。在这里，5位留学归国的博士打开脑洞，致力于将大脑中神经元的活动与连接进行可视化呈现，在体外复刻脑的功能，促进脑科学研究与神经类药物的研发。

在寒武智元CEO赵卿博士的办公室，他给记者看了两组试验结果。第一组是体外培养的类脑神经网络。在40倍显微镜放大下，无数个神经元细胞展开长长的触手，相互连接，形成一张复杂而神秘的网络，像一个多层的立交桥，上下穿叠。其间，一些非常不起眼的明亮小点，形态迥异，沿着网络爬行，不断运动、吸附、吞噬。“这些有轴突和树突结构的细胞就是大脑中的神经元，这些节点就是突触，是神经元之间‘细胞通信’的连接点。当神经元不健康或者受损时，会被这些明亮的小点——具有吞噬功能的小胶质细胞吞噬。”第二组是12种不同药物对神经网络活动的影响。频闪的神经网络犹如深邃的星空，一个个神经元仿佛小星星，或一闪一闪、或保持长亮、或相对暗淡。“这些是我们加药测试后的神经网络活动。频闪的变化，表示不同药物的作用。以往，我们无法通过肉眼这么直观地看到大脑中神经元出现的这些变化。”赵卿向记者解释。

近年来，越来越多的抑郁症、精神分裂症等精神类疾病和帕金森、阿尔茨海默病等神经类疾病得到关注，但临床治疗药物与几十年前相比并没有太多的发展与突破，究其原因，很重要的一点就是大脑类似于一个“黑箱”。大脑中百亿个神经元之间频繁传递生物电信号， 实现信息收集、任务计算、信号发放，其能耗只相当于一个25瓦的灯泡。“这也意味着，想要准确捕捉到大脑中的电信号十分困难。”寒武智元技术副总高明表示，很多精神、神经类疾病都是一个渐进发展的过程，人们无法察觉到其最开始的症状，更难以观测到全过程。现行的膜片钳、磁共振等动作电位采集技术虽然灵敏，但技术复杂、价格昂贵。“因此，较佳的方式，是捕捉药物在类脑神经网络上的‘留痕’，为大脑‘黑箱’打一束光，监测神经元的动作电位和神经网络的振荡活动。”

“由于神经元存活对环境要求极为苛刻，生存条件稍有变化，很快就会死亡。所以，神经元细胞的体外培养和观测技术难度很大。”团队科研人员谭超解释，公司开发出一套基于类脑组织芯片辅助人工智能解析的研究与开发平台，可用于神经系统药物的高内涵筛选，拥有完全的自主知识产权。

“平台领先之处，就是可视化大脑的工作过程和药物对脑功能的影响。这得益于大数据、AI大模型和GPU（图形处理器）技术的进步。”寒武智元数据分析总监王楠表示。

在实验室内，记者看到了被高清晰度摄像头拍摄的戴着采集器的小鼠游泳、踩滚轮等实验场景。“我们通过不同场景模拟认知、运动、社交等行为，来分析小鼠行为和背后的精神活动，通过摄像头拍摄实验动物的行为，作为人工智能的大数据进行机器学习。”正在做实验的工作人员告诉记者，这个过程看似简单，却是人工智能学习的关键一环。

团队中来自脑科学、光电转化、生物信息采集、药物研发等不同领域的科学家，最终促成了“从0到1”的创新，让技术成果刚出实验室就进入生产线，加快脑科学产业落地。除了技术平台衍生出的原代神经元细胞产品、脑机接口元件、光纤记录与光遗传系统等科研设备外，由寒武智元研发的针对精神分裂症、焦虑症等疾病的候选药物也即将进入临床阶段。