唯一的问题是,这「全部」实在太庞杂了。到目前为止,里克特曼团队所重建的老鼠大脑,最大体积也只有一颗盐粒的大小,但光是这样就足足有100兆位元组的资料量,相当于2万5000部高解析度影片。
一旦搜集到这些资料,科学家真正的苦工就开始了:他们必须找到将看似混沌的大脑组织起来的规则。最近,里克特曼团队中的博士后研究员纳拉亚南.卡斯苏利对老鼠大脑的一块柱状组织展开分析,这块组织的体积为1000立方微米,只有一颗盐粒的十万分之一。他在一个轴突的一小段周围选定区块,希望能辨识出所有通过此区的神经元。
结果这块微小的脑组织看起来就像一筒蠕动的蛇。卡斯苏利在其中发现了1000个轴突和大约80个树突,每一个又与柱状组织里的其他神经元产生约600个连结。 「这是一个提醒,告诉我们大脑的复杂程度远超乎我们所想像,」里克特曼说。
很复杂,但并非毫无规则。里克特曼和卡斯苏利发现,每个神经元的所有连结几乎都只跟另一个神经元相连,仿佛小心翼翼地避过其他紧邻的神经元。 「它们似乎很在意自己连接到谁,」里克特曼说。
然而里克特曼还不敢说这种一丝不苟的模式究竟是通则,或只是他们采样的这一小块老鼠大脑的特性。就算他们改良技术,还是得再花两年才能将老鼠脑内的7000万个神经元扫描完成。我问他:如果是扫描神经元数比老鼠多1000倍的人类大脑呢?
「我不会经常去想这个问题,」他笑道:「那太痛苦了。」
等到里克特曼完成大脑3D绘图的那天(如果真有那一天),这幅肖像将能揭露许多资讯——但那仍只是个极度精细的图像而已。其所呈现的神经元影像不过是空洞的模型;真正的神经元里挤满了活生生的DNA、蛋白质和其他分子。各种类型的神经元会有特定的基因组来建造用以执行任务的分子结构。举例来说,眼睛里的感光神经元会制造捕捉光子的蛋白质,而在黑质区的神经元则负责制造多巴胺,多巴胺在大脑的奖酬系统中不可或缺。蛋白质和化学物质的分布对于了解大脑如何运作、又如何出错,也至关重要。帕金森氏症患者的黑质神经元所制造的多巴胺低于正常值,原因仍不明。阿兹海默症会让病患大脑布满纠结的蛋白质团,不过科学家还不确定这些蛋白质团如何引发让人痛苦的失智症状。
由微软公司共同创办人保罗.艾伦于十年前出资成立的西雅图艾伦脑科学研究所,已经制作出大脑分子结构的地图,称为艾伦大脑地图集。所里的研究人员运用高解析度的磁振造影技术(MRI)扫描刚亡故的死者大脑(由家属捐赠),形成3D图谱,再把大脑切成只有在显微镜下才看得见的薄片,放在载玻片上。然后将切片浸在化学物质中,以显现藏在神经元里的活性基因。