中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 （記者 王振紅）為破解感知、運動、學習記憶和決策等重要腦功能的運作密碼，腦圖譜研究致力于繪制高精度的“大腦地圖”——精確定位神經(jīng)細胞、解析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接規(guī)律，從而為理解腦功能機制、攻克腦疾病及研發(fā)類腦智能提供重要支撐。

視頻來源：中國科學院腦科學與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心

近日，中國科學院腦科學與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心、華中科技大學蘇州腦空間信息研究院、華大生命科學研究院、中國科學技術(shù)大學、浙江大學醫(yī)學院附屬第一醫(yī)院、鄭州大學基礎(chǔ)醫(yī)學院、中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所、上海腦科學與類腦研究中心等國內(nèi)科研機構(gòu)，聯(lián)合國內(nèi)以及法國、瑞典、英國等多國科學家，借助腦成像、空間轉(zhuǎn)錄組和人工智能等前沿技術(shù)，深入解析了大腦細胞類型多樣性、聯(lián)接規(guī)律、發(fā)育進化規(guī)律及腦疾病分子機制，實現(xiàn)了單細胞分辨率的介觀圖譜繪制從嚙齒類到靈長類的跨越，十項重要成果在Cell、Neuron、Developmental Cell國際學術(shù)期刊集中發(fā)表，系列成果進一步鞏固了我國在介觀腦圖譜領(lǐng)域的國際影響力，彰顯了領(lǐng)域研究的優(yōu)勢和特色。

成果以封面文章形式發(fā)表在《細胞》。（中國科學院腦科學與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心供圖）

本次集中發(fā)布的系列成果，覆蓋爬行類、鳥類、嚙齒類、非人靈長類和人類等關(guān)鍵物種，整合了轉(zhuǎn)錄組、聯(lián)接組等多模態(tài)數(shù)據(jù)，進一步擴充了國際腦圖譜在跨物種比較和時空動態(tài)解析方面的內(nèi)涵；與以往成果的點上突破不同，本次系列成果以“自主技術(shù)迭代”為牽引，推進建立了“環(huán)路解析-進化解密-疾病解碼”的研究體系，有望推動實現(xiàn)“從結(jié)構(gòu)到功能”的質(zhì)的跨越，為深入解密大腦提供了全新視角與關(guān)鍵手段。

例如，首次繪制了非人靈長類前額葉單神經(jīng)元分辨率的全腦投射圖譜，揭示了獼猴大腦中神經(jīng)元高度精細化的聯(lián)接模式，為深入解析靈長類復雜認知功能的神經(jīng)機制提供了理論基礎(chǔ)，對啟發(fā)新一代人工智能具有重要意義。

率先建立了靈長類大腦神經(jīng)細胞類型特異性標記、神經(jīng)活性調(diào)控及觀測的工具集，為深入理解靈長類腦結(jié)構(gòu)、腦認知及未來精準靶向腦疾病治療提供了關(guān)鍵技術(shù)。標志著靈長類腦科學進入了精準細胞類型研究的新階段。

首次繪制了獼猴屏狀核單細胞分辨率的時空圖譜，這也是全球首個非人靈長類屏狀核時空圖譜，揭秘了屏狀核中的每個腦細胞的基因信息，并為其標注了“住址”。同時，通過分析屏狀核與獼猴全腦大量腦區(qū)的雙向連接，繪制迄今最完善的非人靈長類屏狀核全腦聯(lián)接圖譜，揭示了屏狀核整合全腦信息的物理連接基礎(chǔ)。目前該圖譜數(shù)據(jù)已完整公開。

通過整合單細胞核轉(zhuǎn)錄組、時空組和聯(lián)接組學數(shù)據(jù)，首次構(gòu)建了靈長類屏狀核的多模態(tài)圖譜，科研人員可以結(jié)合多組學數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對這個大腦“信息樞紐”從分子、空間到神經(jīng)連接的系統(tǒng)解析。該圖譜不僅填補了靈長類腦區(qū)研究的空白，也為多組學融合解析復雜腦功能提供了新模式，為理解意識本質(zhì)、探索腦疾病機制奠定基礎(chǔ)。

首次鑒定出19種脊髓投射神經(jīng)元投射亞型與34種中樞中繼神經(jīng)元投射亞型，全面揭示了脊髓投射神經(jīng)元與中樞中繼神經(jīng)元的投射模式及組織聯(lián)接規(guī)律，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元通過并行-發(fā)散-匯聚等投射模式構(gòu)建信息高速公路，為理解疼痛、觸覺等感知覺神經(jīng)機制提供了全新結(jié)構(gòu)框架。這項突破性研究不僅繪制了體感神經(jīng)元的完整"接線圖"，其建立的開放數(shù)據(jù)庫更將成為全球科研人員的重要資源，這將加速基礎(chǔ)和臨床研究相關(guān)領(lǐng)域的突破性發(fā)現(xiàn)。這些精密的神經(jīng)環(huán)路聯(lián)接規(guī)則還能為智能感知系統(tǒng)開發(fā)提供生物靈感，有望推動更智能的傳感器和信號處理技術(shù)的突破，將為未來醫(yī)學和人工智能的發(fā)展帶來深遠影響。

首次繪制龜、斑胸草雀、鴿、小鼠、獼猴五大羊膜動物130萬腦細胞高精度演化圖譜，覆蓋端腦與小腦等全部核心功能區(qū)。不僅為研究鳥類大腦特異性演化提供了研究基礎(chǔ)，更開創(chuàng)"基因組序列進化-細胞適應-物種演化"的研究范式，推動進化生物學邁入“時空法則”解析時代。

腦圖譜研究的價值遠超科學本身。隨著新型成像技術(shù)、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，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。下一步，腦圖譜大科學計劃將依托腦圖譜研究國際聯(lián)盟，持續(xù)擴大國際合作，積極拓展與“一帶一路”“金磚國家”等的交流合作；建立腦圖譜技術(shù)共享平臺，推動同步輻射X射線神經(jīng)示蹤技術(shù)、單細胞時空多組學技術(shù)、AI算法和系統(tǒng)等新技術(shù)研發(fā)；整合大腦細胞圖譜、聯(lián)接圖譜和不同尺度或分辨率的多模態(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。

據(jù)悉，腦圖譜大科學計劃是我國重點培育的國際大科學計劃之一，本次腦圖譜大科學計劃系列成果由國內(nèi)外30多家科研機構(gòu)組成的超過300人的團隊共同完成，充分展現(xiàn)了國際團隊協(xié)同攻關(guān)的能力和成果，標志著腦圖譜大科學計劃的時機已經(jīng)成熟；增強了國內(nèi)外合作團隊對腦圖譜大科學計劃成功發(fā)起的信心，為正式由科學界先行發(fā)起奠定了堅實基礎(chǔ)。