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果蠅腦科學

科博館腦中乾坤特展

有科學家稱本世紀將是腦的世紀,因此我們都將無可避免地受到這波革命的衝擊或庇蔭。適逢科博館卅周年,本館推出「腦中乾坤:心智的生物學」大型特展,以淺入深出的內容搭配活潑先進的互動遊戲,希望能寓教於樂,讓國人對腦有更多更深入的認識。

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果蠅腦的神經網路圖譜

江安世教授領導的研究團隊率全球之先,建構出「果蠅腦的神經網路圖譜」,美國霍華休斯醫學中心Howard Hughes Medical Institute,2014年集合一批生醫諾貝爾獎得主的金頭腦,成立腦科學專門研究中心,另外每年編列一億美金的研究經費,規劃二十年內完成果蠅腦神經系統網絡的建置。

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科學傳播教育團隊的成立

為台灣第一支專門以顯微影像為基礎內容,來傳達科學內涵的教育團隊,此種科學與媒體互補的做法,具有特殊意義與價值。了解人類的神經網路,要先從認識果蠅開始,,如何從果蠅的有趣行為,果蠅,不起眼的小東西,在二十世紀竄紅,攻佔全球許多的生命科學實驗室!

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網路(電路、交通)

網路(電路、交通)連絡可增加資訊傳遞的效率,腦袋因此才能快速整合不同的感官輸入,產生對應的行為。果蠅腦包含約13萬顆神經,人腦則有約860億 (算算看,是果蠅的幾倍?)。腦神經網路已讓學者好奇、困惑了兩千多年,直到現在的科技到位,人類才能開始將其逐漸解密。我們真的可以看到位在腦中深處的神經。果蠅通過千萬年環境的考驗,能學、會記,與人爭水果吃,代表牠們的神經的維生功能,足以和人類抗衡。在演化上,果蠅腦的某些優勢也會保留在人腦中,因此研究果蠅可以帶給我們腦神經網路的一些基本知識,作為探究更複雜人腦的基礎。 腦神經研究涵蓋遺傳基因,神經結構和行為,清華大學腦科學研究中心整合這三方面的資訊,希望將建構一個能表現功能的腦神經網路圖譜。

組織透明技術

組織透明技術讓生物組織的折射率和浸泡的液體一樣,使光線經過時不會產生偏折,於是物體看起來就是透明的。再利用水母綠螢光蛋白使神經在雷射下發螢光,於是就可利用共軛焦顯微術,像醫院用的斷層掃描術一樣,攝得果蠅腦中完整的三維神經影像。組織透明配方由清華大學腦科中心江安世教授於2002年對學術界發佈,並用以製做果蠅腦三維神經圖譜,於2011年公諸於世後,日本、美國科學家才開始於2013年起仿效。這種逆勢的科學發展傳播是當今少見的。

三維網路圖譜

昆蟲神經長得跟哺乳類動物神經最大的不同在於,前者神經纖維都只從神經本體的單側長出,像章魚一般;而後者則會有神經纖維從細胞本體兩側伸出,像植物的根與芽。利用組織透明技術和先進的影像處理,研究人員可以在腦中看得更深更廣,因此可以建構完整三維網路圖譜。 神經網路中的單一神經影像被收錄進一個資料庫-FlyCircuit-可由使用者任意選擇組合。

2016 透視大腦

我們沒法像拆裝電腦一樣來拼腦袋,但是拍出來的神經影像可以重新組合成一個虚擬的腦。然而腦的結構是三維的,所以怎麼能只看二維照片和顯示螢幕呢? 來體驗清華腦科學中心所製做三維神經網路的臨場感吧。