近日，中國科學院腦科學與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（以下簡稱“腦智卓越中心”）等科研機構(gòu)聯(lián)合多國科學家，推出了介觀腦圖譜的10項系列成果，在《細胞》《神經(jīng)元》等國際學術(shù)期刊集中發(fā)表，標志著我國在介觀腦圖譜領(lǐng)域的國際影響力進一步鞏固。
何為介觀腦圖譜？據(jù)介紹，腦圖譜從研究尺度上可分為宏觀、介觀、微觀三大類，介觀腦圖譜介于宏觀和微觀之間，以單個神經(jīng)元細胞的分辨率尺度，繪制神經(jīng)元細胞、神經(jīng)元網(wǎng)絡、腦區(qū)和腦功能區(qū)等大腦的組成部分。人腦擁有800多億個神經(jīng)元，此前業(yè)界尚未繪制出單細胞分辨率的“高清腦圖譜”?，F(xiàn)在，中國科研人員領(lǐng)銜的團隊正試圖解構(gòu)這一自然科學的“終極疆域”。
這也是我國在國際大科學計劃和大科學工程領(lǐng)域取得的重要進展?！叭X介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜”大科學計劃（以下簡稱“腦圖譜大科學計劃”）是科技部重點培育的國際大科學計劃之一。當前，腦圖譜大科學計劃的研究目標已從小型動物邁進到繪制非人靈長類介觀腦圖譜的關(guān)鍵階段，穩(wěn)步向著繪制人腦介觀圖譜的最高目標邁進。
“我們腦圖譜的研究實現(xiàn)了從嚙齒類到靈長類的跨越。”腦智卓越中心學術(shù)主任蒲慕明表示，靈長類動物的腦遠比嚙齒類動物復雜，團隊借助高分辨率光學腦成像等前沿技術(shù)，解析了獼猴等物種的大腦細胞類型、神經(jīng)聯(lián)接模式、發(fā)育進化規(guī)律及腦疾病分子機制。
這一跨越具有重要意義。繪制高精度的“大腦地圖”——精確定位神經(jīng)細胞、解析神經(jīng)網(wǎng)絡聯(lián)接規(guī)律，為理解腦功能機制、攻克腦疾病及研發(fā)類腦智能提供了重要支撐。
以此次發(fā)表的系列成果中首次繪制的獼猴前額葉皮層單細胞分辨率全腦聯(lián)接圖譜為例，腦智卓越中心研究員嚴軍介紹，靈長類的前額葉皮層負責高級認知功能，團隊曾在2022年發(fā)布了關(guān)于小鼠前額葉皮層的研究，經(jīng)與此次研究的跨物種進行比較，進一步揭示了靈長類大腦神經(jīng)元高度精細化的聯(lián)接模式。而這項成果也顛覆了“物種越高等，神經(jīng)元越復雜”的傳統(tǒng)認知，該研究助力中國在非人靈長類“大腦宇宙”探索中取得領(lǐng)先地位。
“構(gòu)建獼猴前額葉的單神經(jīng)元連接圖譜，有助于建立更精準的神經(jīng)疾病模型，也能為諸如抑郁癥、帕金森病等疾病的診斷和干預提供結(jié)構(gòu)依據(jù)。”嚴軍表示，同時，單神經(jīng)元連接圖譜的研究，也能夠為人工智能提供非常有價值的參考——如果計算機系統(tǒng)也能模仿這種信息傳遞方式，在處理信息時將會變得更“聰明”。
另一項研究成果則首次系統(tǒng)繪制了獼猴屏狀核細胞空間分布與全腦聯(lián)接圖譜，這個被譽為“大腦指揮中心”的區(qū)域，可能是意識產(chǎn)生的關(guān)鍵腦區(qū)。研究發(fā)現(xiàn)，獼猴屏狀核被組織成四個功能性區(qū)域，每個區(qū)域都具有獨特的細胞類型組成和連接偏好。這種模塊化的組織結(jié)構(gòu)為理解屏狀核如何協(xié)調(diào)不同腦區(qū)的活動提供了重要線索。更重要的是，該研究識別出了靈長類特有的細胞亞型，揭示了屏狀核在進化過程中的重要擴展和特化。這項研究的社會意義和實踐應用前景十分廣闊，它為人類理解自身意識和智能的本質(zhì)提供了重要的科學工具，有望在未來的醫(yī)學、人工智能和神經(jīng)工程等多個領(lǐng)域產(chǎn)生深遠影響。
此外，在腦疾病機制解析方面，中國科研團隊首次繪制了正常人及阿爾茨海默病（AD）患者海馬區(qū)的單細胞分辨率空間轉(zhuǎn)錄圖譜，為AD的早期診斷提供了新的可能性，也為新藥開發(fā)和精準治療提供了重要參考。
與以往成果的點上突破不同，此次系列創(chuàng)新成果集中發(fā)表的背后，是我國強大的自主技術(shù)作為支撐。腦智卓越中心黨委書記孫衍剛介紹，細胞圖譜、神經(jīng)聯(lián)接圖譜解析的兩大技術(shù)體系至關(guān)重要，前者用于揭示細胞類型及其在疾病里發(fā)生的變化，后者包含成像和形態(tài)重構(gòu)技術(shù)，能對全腦高清成像，并實現(xiàn)高通量、高速度的數(shù)據(jù)分析。
下一步，腦圖譜大科學計劃將持續(xù)擴大國際合作，建立腦圖譜技術(shù)共享平臺，整合多模態(tài)數(shù)據(jù)，建立AI輔助的數(shù)據(jù)采集、分析、解釋和驗證手段，構(gòu)建面向全球開放共享的“腦圖譜數(shù)據(jù)庫”，為理解人類大腦奧秘提供關(guān)鍵基礎(chǔ)，推動實現(xiàn)“認識腦、模擬腦、保護腦”的宏偉目標。
“靈長類腦圖譜具有工程大、周期長、數(shù)據(jù)量驚人等特點，我們呼吁持續(xù)深化全球科技合作，共同向破解靈長類介觀腦圖譜的更高目標發(fā)起沖擊?！逼涯矫髡f。（記者 吳蔚 董雪）
轉(zhuǎn)自：經(jīng)濟參考報
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