脑科学研究 | 上海科学家领衔，非人灵长类“全脑细胞图谱”有望三年内绘就

脑科学研究认为人脑这个“三磅宇宙”由三部分构成，分别是：控制理智的大脑皮层组成的“理智脑”、控制情绪的皮层下组织组成的“情绪脑”和控制本能的脑干与脊椎组成的“爬行（原始）脑”。今年7月，由上海科研团队领衔，中外联合研究团队获得了较为完整的世界首套猕猴全脑皮层的单细胞及空间转录组数据，这意味着非人灵长类动物的“理智脑”介观细胞图谱诞生。

近日，上海市市级科技重大专项首席科学家、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心学术主任、上海脑科学与类脑研究中心（简称“上海脑中心”）主任、中国科学院院士蒲慕明透露，依靠我国自主研发的超高精度大视场空间转录组测序技术，猕猴“情绪脑”的单细胞及空间转录工作正在进行中，预计工作量是“理智脑”的5倍，非人灵长类“全脑细胞图谱”有望三年内绘制完成。

脑细胞分类是脑科学近五年来最大突破

“时空组学技术的出现是生物学领域一个重大进展，由其带来的脑细胞分类更是近五年来脑科学领域发生的最大突破。”蒲慕明说，研究大脑这样的复杂结构系统，弄清神经细胞之间的空间位置和连接关系尤为重要。从某种程度来说，知道了神经细胞之间是如何连接以及各自的功能是什么，就可以解答神经网络处理信息之谜。

时空组学技术近年来得到飞速发展，在《自然》杂志及其子刊推选出的“最有价值的年度技术”中，2018年的“单细胞转录组技术”、2019年的“单细胞多组学技术”以及2020年的“空间转录组技术”均榜上有名。通过它们，科学家们得以知晓单细胞的空间位置信息，从而通过基因表达来确定它们是什么类型，进而了解它们之间的联接结构和基于各种特异联接所产生的功能。

蒲慕明介绍，目前人们对小鼠大脑细胞分类已有比较清晰的认识，一些科学家已经在开展小鼠脑细胞的神经联接与功能研究。但是面对有成百上千个细胞亚型的灵长类动物，我们还停留在弄清细胞类型这一步。

从小鼠到猕猴，构建更好的人脑疾病模型

破解小鼠大脑的细胞分类和连接，是否意味着脑科学这一自然科学的“终极疆域”即将迎来大发展？蒲慕明表示，小鼠模型在肿瘤、代谢类疾病的药物研发中发挥了很大作用，但在脑疾病的研究中，它并不是一个好模型，因为小鼠大脑与人脑的差别太大了。

什么是脑疾病更好的模型？科学界认为，与人类具有98%以上遗传物质同源性和最接近的表型特征的非人灵长类动物，是许多神经系统疾病研究最合适的模型动物。因此，加快绘制猕猴大脑的“精细地图”是一项更为紧迫的任务。

经过两年多的艰苦实验和数据分析，上海脑中心作为协调团队组建起的研究团队获得了猕猴全皮层的三维单细胞空间分布图谱。更重要的是，在这一过程中，团队自主研发了超高精度大视野空间转录组测序技术，能够实现大面积细胞时空转录。要知道，小鼠约有6000万个神经元细胞，猕猴则以数十亿计。接下来，在对猕猴“情绪脑”的空间转录工作中，这一国际领先技术将起到关键作用。

人脑这道“超级复杂题”需要人类携手破题

目前，欧美国家的脑科学研究更偏重药物研发，绝大多数临床前研究使用的仍是小鼠模型。为更全面拓展脑科学认知，上海脑中心发起举办金砖国家神经科学研讨会。

此次研讨会邀请了巴西、俄罗斯、印度、中国、南非的24位神经科学家，围绕脑功能、脑图谱、比较神经科学、睡眠调控等脑科学研究新领域、新技术进行学术交流，许多人的研究方向令人人耳目一新。比如，南非威特沃特斯兰德大学教授保罗点·门格就通过研究各种动物的睡眠，来预测环境变化对睡眠的影响。“这是一种研究大脑功能与脑健康的新途径，对睡眠调控机制和人类睡眠的理解很有启发。”蒲慕明评价说。

事实上，想要破解人脑这道“超级复杂题”，多元化参与、多元化探索至关重要。蒲慕明透露，目前中国脑计划支撑了全国30多家单位、300多家实验室参与脑科学、脑疾病和类脑人工智能的研究。同时，上海脑中心创新性地推出“求索杰出青年计划”，即不改变申请者的人事关系，在原有单位科研经费上做加法，每人每年可最高获得100万元的科研经费增量。目前，已有80多个青年科技项目获得了该计划的支撑。

脑科学作为生命科学最尖端、最前沿的领域，是人类最难攻克的“科学堡垒”之一，理应由人类携手攀登。本次研讨会结合各国优势领域与合作方向，探讨了成立脑科学联盟的可行性，为发起“全脑介观神经联接图谱”大科学计划奠定基础。

来源：文汇报

转自：“威斯腾生命科学研究院”微信公众号

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