叩开大脑奥秘之门 “高清脑图谱”实现新跨越

近日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（以下简称“脑智卓越中心”）等科研机构联合多国科学家，推出了介观脑图谱的10项系列成果，在《细胞》《神经元》等国际学术期刊集中发表，标志着我国在介观脑图谱领域的国际影响力进一步巩固。

何为介观脑图谱？据介绍，脑图谱从研究尺度上可分为宏观、介观、微观三大类，介观脑图谱介于宏观和微观之间，以单个神经元细胞的分辨率尺度，绘制神经元细胞、神经元网络、脑区和脑功能区等大脑的组成部分。人脑拥有800多亿个神经元，此前业界尚未绘制出单细胞分辨率的“高清脑图谱”。现在，中国科研人员领衔的团队正试图解构这一自然科学的“终极疆域”。

这也是我国在国际大科学计划和大科学工程领域取得的重要进展。“全脑介观神经联接图谱”大科学计划（以下简称“脑图谱大科学计划”）是科技部重点培育的国际大科学计划之一。当前，脑图谱大科学计划的研究目标已从小型动物迈进到绘制非人灵长类介观脑图谱的关键阶段，稳步向着绘制人脑介观图谱的最高目标迈进。

“我们脑图谱的研究实现了从啮齿类到灵长类的跨越。”脑智卓越中心学术主任蒲慕明表示，灵长类动物的脑远比啮齿类动物复杂，团队借助高分辨率光学脑成像等前沿技术，解析了猕猴等物种的大脑细胞类型、神经联接模式、发育进化规律及脑疾病分子机制。

这一跨越具有重要意义。绘制高精度的“大脑地图”——精确定位神经细胞、解析神经网络联接规律，为理解脑功能机制、攻克脑疾病及研发类脑智能提供了重要支撑。

以此次发表的系列成果中首次绘制的猕猴前额叶皮层单细胞分辨率全脑联接图谱为例，脑智卓越中心研究员严军介绍，灵长类的前额叶皮层负责高级认知功能，团队曾在2022年发布了关于小鼠前额叶皮层的研究，经与此次研究的跨物种进行比较，进一步揭示了灵长类大脑神经元高度精细化的联接模式。而这项成果也颠覆了“物种越高等，神经元越复杂”的传统认知，该研究助力中国在非人灵长类“大脑宇宙”探索中取得领先地位。

“构建猕猴前额叶的单神经元连接图谱，有助于建立更精准的神经疾病模型，也能为诸如抑郁症、帕金森病等疾病的诊断和干预提供结构依据。”严军表示，同时，单神经元连接图谱的研究，也能够为人工智能提供非常有价值的参考——如果计算机系统也能模仿这种信息传递方式，在处理信息时将会变得更“聪明”。

另一项研究成果则首次系统绘制了猕猴屏状核细胞空间分布与全脑联接图谱，这个被誉为“大脑指挥中心”的区域，可能是意识产生的关键脑区。研究发现，猕猴屏状核被组织成四个功能性区域，每个区域都具有独特的细胞类型组成和连接偏好。这种模块化的组织结构为理解屏状核如何协调不同脑区的活动提供了重要线索。更重要的是，该研究识别出了灵长类特有的细胞亚型，揭示了屏状核在进化过程中的重要扩展和特化。这项研究的社会意义和实践应用前景十分广阔，它为人类理解自身意识和智能的本质提供了重要的科学工具，有望在未来的医学、人工智能和神经工程等多个领域产生深远影响。

此外，在脑疾病机制解析方面，中国科研团队首次绘制了正常人及阿尔茨海默病（AD）患者海马区的单细胞分辨率空间转录图谱，为AD的早期诊断提供了新的可能性，也为新药开发和精准治疗提供了重要参考。

与以往成果的点上突破不同，此次系列创新成果集中发表的背后，是我国强大的自主技术作为支撑。脑智卓越中心党委书记孙衍刚介绍，细胞图谱、神经联接图谱解析的两大技术体系至关重要，前者用于揭示细胞类型及其在疾病里发生的变化，后者包含成像和形态重构技术，能对全脑高清成像，并实现高通量、高速度的数据分析。

下一步，脑图谱大科学计划将持续扩大国际合作，建立脑图谱技术共享平台，整合多模态数据，建立AI辅助的数据采集、分析、解释和验证手段，构建面向全球开放共享的“脑图谱数据库”，为理解人类大脑奥秘提供关键基础，推动实现“认识脑、模拟脑、保护脑”的宏伟目标。

“灵长类脑图谱具有工程大、周期长、数据量惊人等特点，我们呼吁持续深化全球科技合作，共同向破解灵长类介观脑图谱的更高目标发起冲击。”蒲慕明说。