叩開大腦奧秘之門 “高清腦圖譜”實現(xiàn)新跨越

　　近日，中國科學(xué)院腦科學(xué)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(jī)構(gòu)聯(lián)合多國科學(xué)家，推出了介觀腦圖譜的10項系列成果，在《細(xì)胞》《神經(jīng)元》等國際學(xué)術(shù)期刊集中發(fā)表，標(biāo)志著我國在介觀腦圖譜領(lǐng)域的國際影響力進(jìn)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(xì)胞的分辨率尺度，繪制神經(jīng)元細(xì)胞、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、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(xì)胞分辨率的“高清腦圖譜”?，F(xiàn)在，中國科研人員領(lǐng)銜的團(tuán)隊正試圖解構(gòu)這一自然科學(xué)的“終極疆域”。

　　這也是我國在國際大科學(xué)計劃和大科學(xué)工程領(lǐng)域取得的重要進(jìn)展?！叭X介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜”大科學(xué)計劃（以下簡稱“腦圖譜大科學(xué)計劃”）是科技部重點(diǎn)培育的國際大科學(xué)計劃之一。當(dāng)前，腦圖譜大科學(xué)計劃的研究目標(biāo)已從小型動物邁進(jìn)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(biāo)邁進(jìn)。

　　“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(xué)術(shù)主任蒲慕明表示，靈長類動物的腦遠(yuǎn)比嚙齒類動物復(fù)雜，團(tuán)隊借助高分辨率光學(xué)腦成像等前沿技術(shù)，解析了獼猴等物種的大腦細(xì)胞類型、神經(jīng)聯(lián)接模式、發(fā)育進(jìn)化規(guī)律及腦疾病分子機(jī)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(xì)胞、解析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接規(guī)律，為理解腦功能機(jī)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(xì)胞分辨率全腦聯(lián)接圖譜為例，腦智卓越中心研究員嚴(yán)軍介紹，靈長類的前額葉皮層負(fù)責(zé)高級認(rèn)知功能，團(tuán)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(jìn)行比較，進(jìn)一步揭示了靈長類大腦神經(jīng)元高度精細(xì)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(fù)雜”的傳統(tǒng)認(rèn)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(zhǔn)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(yù)提供結(jié)構(gòu)依據(jù)。”嚴(yán)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(jī)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(xì)胞空間分布與全腦聯(lián)接圖譜，這個被譽(yù)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(dú)特的細(xì)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(xì)胞亞型，揭示了屏狀核在進(jìn)化過程中的重要擴(kuò)展和特化。這項研究的社會意義和實踐應(yīng)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(xué)工具，有望在未來的醫(yī)學(xué)、人工智能和神經(jīng)工程等多個領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

　　此外，在腦疾病機(jī)制解析方面，中國科研團(tuán)隊首次繪制了正常人及阿爾茨海默?。ˋD）患者海馬區(qū)的單細(xì)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(zhǔn)治療提供了重要參考。

　　與以往成果的點(diǎn)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(qiáng)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(xì)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(xì)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(xué)計劃將持續(xù)擴(kuò)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(rèn)識腦、模擬腦、保護(hù)腦”的宏偉目標(biāo)。

　　“靈長類腦圖譜具有工程大、周期長、數(shù)據(jù)量驚人等特點(diǎn)，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(biāo)發(fā)起沖擊。”蒲慕明說。（記者 吳蔚 董雪）

　　轉(zhuǎn)自：經(jīng)濟(jì)參考報

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