雖然神經(jīng)科學(xué)家已研究了數(shù)十年，但阿爾茨海默癥和帕金森癥等腦部疾病的治療方法仍舊進(jìn)展緩慢，其原因在于腦部是人體中最復(fù)雜、最難了解的器官。關(guān)于腦部研究的數(shù)據(jù)集雖然數(shù)量眾多，但卻離散多元，而且通常不能夠用統(tǒng)一的科學(xué)語言來描述。

艾倫腦科學(xué)研究所助理研究員Rebecca Hodge博士（Erik Dinnel拍攝，艾倫研究所）

“盡管投入了大量資金，但我們尚未找到解決主要腦部疾病的方法”艾倫研究所腦科學(xué)高級研究員Ed Lein表示，“我們擁有大量信息，但這些信息沒有經(jīng)過整合或很難綜合處理?！?

在美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）的資助和亞馬遜云科技技術(shù)的支持下，艾倫研究所正在領(lǐng)導(dǎo)腦知識平臺（Brain Knowledge Platform），以期解決這一問題。

腦知識平臺工作的一部分是繪制一張全新的、精確到單個細(xì)胞的完整腦部地圖，這項工作由Lein和來自世界各地的17家研究機構(gòu)的神經(jīng)科學(xué)研究人員主導(dǎo)。此外，艾倫研究所數(shù)據(jù)和技術(shù)主管Shoaib Mufti帶領(lǐng)團隊與亞馬遜云科技合作，將利用這張腦圖創(chuàng)建全球最大的腦細(xì)胞開源數(shù)據(jù)庫。這是人類首次對關(guān)于哺乳動物大腦結(jié)構(gòu)和功能的大規(guī)模數(shù)據(jù)集進(jìn)行匯編和標(biāo)準(zhǔn)化。

這個項目致力于更好地診斷和治療精神和神經(jīng)疾病，這些疾病影響美國五分之一以上人口，每年給美國造成1.5萬億美元的經(jīng)濟損失。

Lein表示：“化學(xué)有元素周期表，基因組學(xué)有極具變革性的人類基因組圖，神經(jīng)科學(xué)也要有類似的基礎(chǔ)資源，腦知識平臺將幫助創(chuàng)建這一資源?！?

艾倫研究所腦科學(xué)高級研究員Ed Lein博士（Erik Dinnel拍攝，艾倫研究所）

該平臺的核心是單細(xì)胞基因組學(xué)。有了測量單個腦細(xì)胞基因的新技術(shù)，研究人員現(xiàn)在可以更好地了解大腦細(xì)胞的復(fù)雜性以及賦予細(xì)胞獨特功能的基因。這些高度詳實的細(xì)胞圖譜將幫助研究人員了解疾病的起源，并最終助力臨床醫(yī)生準(zhǔn)確找出阿爾茨海默癥和帕金森癥等疾病的成因。

“研究人員將通過這一知識平臺獲得現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施無法提供的新發(fā)現(xiàn)?！盡ufti表示，“一旦分散的信息碎片相互連接，我們就可以將健康大腦的數(shù)據(jù)與患病大腦的信息關(guān)聯(lián)起來——這將釋放巨大潛力?！?

該平臺還能關(guān)聯(lián)不同物種的腦部研究，Lein預(yù)計該知識圖譜最終將能夠整合所有哺乳動物的生物學(xué)信息。

將腦部約2000億個細(xì)胞產(chǎn)生的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭纱鎯?、分析和訪問的開源工具的正是云計算?；诖?，臨床醫(yī)生或?qū)⒛軌蛘业侥X疾病的治療方法。亞馬遜云科技的高性能計算能力和Amazon SageMaker幫助艾倫研究所管理所有數(shù)據(jù)，并且可跨多個工作負(fù)載進(jìn)行擴展。艾倫研究所正在使用亞馬遜云科技的人工智能（AI）和機器學(xué)習(xí)（ML）服務(wù)，并計劃在未來部署生成式AI，將龐大、復(fù)雜、多模態(tài)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為洞察。

艾倫腦科學(xué)研究所的研究人員（Erik Dinnel拍攝，艾倫研究所）

“通過亞馬遜云科技機器學(xué)習(xí)技術(shù)，利用專門構(gòu)建的AI服務(wù)，研究機構(gòu)能夠找出新的關(guān)聯(lián)和發(fā)現(xiàn)?！眮嗰R遜云科技非營利健康事業(yè)董事總經(jīng)理Allyson Fryhoff表示，“艾倫研究所正在使用機器學(xué)習(xí)等先進(jìn)的云技術(shù)，以經(jīng)濟高效且可擴展的方式進(jìn)一步加速科研發(fā)現(xiàn)。他們致力于探尋人類大腦未解之謎，這樣的勇氣令我們印象深刻，我們也期待著腦研究未來能有新的突破。”

美國密蘇里州圣路易斯華盛頓大學(xué)神經(jīng)科學(xué)教授、艾倫研究所的研究合伙人David Van Essen從事大腦研究已經(jīng)50多年。他將大腦研究的加速變化比作地圖的演變。

“幾個世紀(jì)前，我們的地圖雖然五顏六色，但卻相當(dāng)粗淺，只反映出當(dāng)時人們對地球表面的認(rèn)知。那時的制圖師只是大致知道大陸和島嶼的方位，以及主要的地理和政治區(qū)域劃分，但并不十分準(zhǔn)確。”Van Essen表示，“近年來，信息爆炸以及衛(wèi)星圖像技術(shù)的進(jìn)步，使導(dǎo)航工具越來越準(zhǔn)確和方便。我們也渴望在人腦研究領(lǐng)域繪制越來越細(xì)致的地圖，使它成為治療大腦疾病強有力的導(dǎo)航工具。”

Lein和他的團隊剛剛啟動了這項為期五年的人腦地圖繪制項目，與之前的人類基因組計劃非常相似，該項目有可能為包括神經(jīng)科學(xué)在內(nèi)的所有醫(yī)學(xué)領(lǐng)域打開新的發(fā)現(xiàn)之門。