谷歌透露 ZAPBench 可预测斑马鱼的大脑活动并解锁新的 AI 驱动的神经科学研究

快速阅读: 《Beta新闻》消息，谷歌联合哈佛等机构推出ZAPBench工具，基于斑马鱼脑活动预测助力神经科学研究。该工具记录了7万多个神经元在虚拟场景下的反应，挑战开发更精准的脑活动预测模型，推动对大脑结构与功能的理解。

谷歌推出ZAPBench，预测斑马鱼脑活动，助力新型AI驱动的神经科学研究
2025年4月24日 撰稿人：布赖恩·法吉奥利

如果运气好的话，人工智能或许总有一天能够帮助科学家理解人类大脑，就像语言模型预测句子中的下一个单词一样。而现在，这一愿景正在逐渐变为现实，归功于谷歌研究院、哈佛大学以及霍华德·休斯医学研究所珍妮莉亚项目的合作。这些团队推出了一种名为“斑马鱼活动预测基准”（Zebrafish Activity Prediction Benchmark）的工具，简称“ZAPBench”，这或许能帮助研究人员开发出更精准的脑活动预测模型。

ZAPBench不仅仅是一份数据集，它基于对斑马鱼两小时脑部活动的记录，详细记录了约70,000个神经元在不同虚拟现实场景下的反应。这些小鱼被置于多种环境变化之中，包括移动光模式和流动水波，而研究人员以令人印象深刻的细节记录了它们的脑活动。

为什么选择斑马鱼？虽然它们的大脑很小，但足够复杂以提供关于神经活动的宝贵见解。更妙的是，幼年斑马鱼是透明的，让科学家得以借助显微镜观察其整个大脑，而无需进行侵入性操作。这使得它们成为全脑成像的理想对象，这是无法用更大的动物实现的。

信不信由你，这项研究已经超越了传统的脑绘图工作。尽管连接组学专注于揭示神经元间的连接方式，但ZAPBench通过提供实时活动数据增添了另一维度的信息。换句话说，它不仅在于描绘大脑的地图，而是实时观测神经活动的动态。

研究人员采用了经过基因改造的斑马鱼，这些鱼表达一种名为GCaMP的钙指示剂，当神经元活跃时会发光。这些鱼被固定在一种柔软的凝胶状物质中，同时利用光片显微镜逐层扫描它们的大脑。在此过程中，不同的VR生成刺激被投射到鱼周围，以模拟动物可能遇到的自然情况。

有了这个新基准，谷歌及其合作伙伴挑战研究社区构建能够预测大脑下一步活动的模型。这个想法简单却强大：给出一段脑活动片段，模型能多精准地预测接下来的30秒？就像AI工具改变了天气预报和语言建模那样，ZAPBench也可能为神经科学带来同样的变革。

研究团队试验了两种类型的数据。一种方法基于脑活动的三维体积视频，另一种则处理追踪单个神经元随时间活动的时间序列数据。初步结果显示，基于完整三维数据训练的模型有时表现更好，可能是因为它们可以考虑神经元在空间中的排列方式。那些可获取更长上下文数据序列的模型也做出了更好的预测。

有趣的是，研究表明斑马鱼大脑的一些区域比其他区域更难预测。即便是最佳模型，在某些区域的表现也不尽如人意，这一发现提出了关于大脑活动如何在不同系统中变化的新问题。

不过，这项工作尚未完成。谷歌及其合作伙伴正致力于为用于ZAPBench的同一斑马鱼大脑构建详细的连接组图谱。一旦完成，这张神经元连接图将与活动数据完美匹配，为深入探究大脑结构与功能如何协同运作打开大门。

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