◎本報記者 張佳欣

當科學家第一次在顯微鏡下觀察大腦組織時，他們看到的是難以捉摸、雜亂無章的混沌狀態。

19世紀，現代神經科學之父聖地亞哥·拉蒙·卡哈爾將這種體驗比作“走進了擁有千億棵樹的森林”。多年來

，他試圖寫一本帶插圖的“森林實地指南”。

如今，科學家已經有了該“指南”的初稿。10月12日，刊發在新一期美國《科學》《科學進展》和《科學·轉化醫學》雜誌上的21篇論文公布並闡釋了迄今為止最全麵的人類腦細胞圖譜。

整個研究工作是美國國立衛生研究院“推進創新神經技術腦研究計劃”（以下簡稱“腦計劃”）中的“大腦細胞普查網絡項目”（BICCN）的de一yi部bu分fen。此ci次ci發fa表biao的de論lun文wen是shi數shu百bai名ming科ke學xue家jia利li用yong最zui先xian進jin的de分fen子zi生sheng物wu學xue技ji術shu進jin行xing的de一yi係xi列lie合he作zuo研yan究jiu的de成cheng果guo
，從cong單dan細xi胞bao層ceng麵mian以yi前qian所suo未wei有you的de顆ke粒li度du解jie析xi了le人ren腦nao的de組zu織zhi結jie構gou。這zhe些xie研yan究jiu對dui3000多種人類腦細胞類型進行了特征分析，闡明了某些人類腦細胞與其他靈長類動物腦細胞的區別，將有助於研究大腦認知、疾病和人類之本源等問題。

從小鼠到人腦的單細胞測序

腦細胞或神經元有許多不同類型。

目前在荷蘭烏得勒支大學醫學中心任職的神經科學家金伯莉·西萊蒂及其團隊對覆蓋人類大腦106個位置的300多萬個細胞進行了核糖核酸（RNA）測序
，分析記錄了包含3000多個亞型的461個ge腦nao細xi胞bao大da類lei，為wei繪hui製zhi整zheng個ge圖tu譜pu奠dian定ding了le基ji礎chu。研yan究jiu發fa現xian，神shen經jing元yuan和he其qi他ta細xi胞bao類lei型xing的de組zu合he在zai每mei個ge區qu域yu也ye不bu同tong，而er一yi些xie細xi胞bao隻zhi在zai特te定ding的de位wei置zhi被bei發fa現xian。研yan究jiu還hai表biao明ming
，腦nao幹gan含han有you特te別bie多duo的de神shen經jing元yuan類lei型xing，比bi想xiang象xiang中zhong複fu雜za得de多duo。

美國索爾克生物研究所的分子生物學家約瑟夫·埃克爾及其團隊分析了來自3個人腦的超過50萬個腦細胞中開啟或關閉基因的化學標記物
，並根據充當基因開關的各種分子識別出近200種zhong腦nao細xi胞bao類lei型xing。精jing確que定ding位wei激ji活huo或huo阻zu斷duan腦nao細xi胞bao基ji因yin表biao達da的de開kai關guan，有you助zhu於yu腦nao部bu疾ji病bing的de診zhen斷duan和he新xin療liao法fa的de開kai發fa。研yan究jiu人ren員yuan表biao示shi
，這zhe是shi首shou次ci將jiang最zui初chu在zai小xiao鼠shu身shen上shang開kai發fa和he應ying用yong識shi別bie腦nao細xi胞bao亞ya型xing的de技ji術shu應ying用yong於yu人ren類lei大da腦nao。

據美國《連線》雜誌報道

，在“腦計劃”的de早zao期qi階jie段duan，科ke學xue家jia開kai發fa了le創chuang建jian小xiao鼠shu大da腦nao細xi胞bao圖tu譜pu的de方fang法fa，但dan將jiang所suo用yong技ji術shu引yin入ru對dui人ren類lei大da腦nao的de研yan究jiu並bing非fei易yi事shi。中zhong國guo科ke學xue院yuan腦nao科ke學xue與yu智zhi能neng技ji術shu卓zhuo越yue創chuang新xin中zhong心xin青qing年nian研yan究jiu員yuan孫sun怡yi迪di告gao訴su科ke技ji日ri報bao記ji者zhe，此ci前qian，識shi別bie腦nao細xi胞bao亞ya型xing的de單dan細xi胞bao測ce序xu技ji術shu一yi般ban用yong於yu小xiao鼠shu等deng實shi驗yan動dong物wu，這zhe是shi因yin為wei它ta對dui取qu樣yang細xi胞bao的de活huo性xing和he質zhi量liang要yao求qiu極ji高gao

，而er人ren腦nao樣yang本ben隻zhi能neng來lai自zi已yi故gu的de捐juan贈zeng者zhe或huo腦nao手shou術shu患huan者zhe
，這zhe些xie樣yang本ben的de新xin鮮xian度du和he數shu量liang有you限xian。因yin此ci對dui科ke學xue家jia而er言yan

，使shi用yong單dan細xi胞bao測ce序xu技ji術shu分fen析xi人ren腦nao是shi一yi個ge挑tiao戰zhan。同tong時shi，人ren腦nao組zu織zhi在zai取qu樣yang和he處chu理li過guo程cheng中zhong可ke能neng會hui受shou到dao更geng多duo損sun傷shang
，或huo將jiang影ying響xiang結jie果guo的de準zhun確que性xing。

此外，人類大腦比小鼠等實驗動物的大腦要複雜得多，人類大腦的體積約是小鼠大腦的15倍，神經元數量是小鼠的1000倍bei，要yao獲huo得de全quan麵mian的de單dan細xi胞bao數shu據ju，需xu要yao大da規gui模mo測ce序xu，難nan度du極ji大da。因yin此ci，在zai索suo爾er克ke生sheng物wu研yan究jiu所suo的de研yan究jiu中zhong，單dan細xi胞bao測ce序xu技ji術shu實shi現xian了le從cong小xiao鼠shu到dao人ren類lei的de應ying用yong，是shi一yi個ge“巨大的飛躍”。

基因開關影響疾病風險

此次研究中，科學家團隊分析和描述了來自每個細胞的兩種信息——基因表達（轉錄組）和DNA結構（表觀基因組），能夠對處於不同發育階段的細胞類型進行分類。

深圳華大生命科學研究院腦科學主任科學家
、研究員劉石平告訴記者，細胞的功能是由細胞內部不同層麵的信息以及它所處的微環境共同決定的
，而細胞內部不同層麵的信息包括了DNA序列結構、DNA表觀結構、基因轉錄組的表達、蛋白的表達等等。因此，上述兩種信息是決定細胞功能的核心信息之一
，對於繪製腦圖譜至關重要。

此(ci)次(ci)，美(mei)國(guo)加(jia)利(li)福(fu)尼(ni)亞(ya)大(da)學(xue)聖(sheng)迭(die)戈(ge)分(fen)校(xiao)分(fen)子(zi)生(sheng)物(wu)學(xue)家(jia)任(ren)兵(bing)及(ji)其(qi)團(tuan)隊(dui)致(zhi)力(li)於(yu)在(zai)分(fen)子(zi)水(shui)平(ping)上(shang)理(li)解(jie)細(xi)胞(bao)類(lei)型(xing)的(de)差(cha)異(yi)
，有(you)助(zhu)於(yu)理(li)解(jie)大(da)腦(nao)的(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)
、開發治療神經疾病及精神疾病的新方法。

他們對來自3位捐贈者的100多萬個腦細胞如何獲取和使用遺傳信息進行了分析，結果發現了某些腦細胞類型與包括雙相情感障礙、抑鬱症和精神分裂症等在內的神經疾病、精神疾病之間的聯係。他們還在42個不同的大腦區域識別出了100多種不同的細胞類型，遠超團隊預期。

該團隊使用細胞類型數據來預測基因開關如何影響基因調控，以及是否增加了患神經疾病


、精jing神shen疾ji病bing的de風feng險xian。例li如ru，在zai清qing除chu死si亡wang或huo受shou損sun細xi胞bao的de小xiao膠jiao質zhi細xi胞bao中zhong，一yi些xie基ji因yin開kai關guan的de存cun在zai與yu患huan阿e爾er茨ci海hai默mo病bing的de風feng險xian密mi切qie相xiang關guan。這zhe些xie發fa現xian提ti示shi我wo們men特te定ding的de基ji因yin或huo有you缺que陷xian的de基ji因yin開kai關guan或huo許xu直zhi接jie導dao致zhi了le疾ji病bing的de發fa生sheng。

任兵告訴《自然》雜誌，目前的研究隻是個開始，BICCNtuanduidexiayibushiduidanaogegebuweidegengduoxibaojinxingcexu。yanjiurenyuanhaijiangshiyonggengduodezuzhiyangbenlaihuizhirenleidanaoruhesuirenqunhenianlingzubianhuadetupu。

是什麼讓人類與眾不同

科學界長期以來存在的一個謎團是，1億多個神經元如何形成協同工作的網絡，影響著每個人的思想、情感和行為。

美國艾倫腦科學研究所的科學家團隊利用單細胞轉錄組學技術，研究了單個腦細胞中開啟的基因，揭示了驚人的細胞類型多樣性：我們有3000多種不同的腦細胞。

該團隊研究人員分析了75名個體大腦皮層細胞的基因表達，隻發現了微小的差異，導致這些差異的原因在於年齡、性別
、血統以及是否具有遺傳性等。

研究還分析了內側顳回細胞的基因表達，該區域對於人類
、黑猩猩
、大猩猩、獼mi猴hou和he狨rong猴hou的de語yu言yan理li解jie至zhi關guan重zhong要yao。研yan究jiu人ren員yuan觀guan察cha到dao，所suo有you這zhe些xie靈ling長chang類lei動dong物wu都dou擁yong有you幾ji乎hu相xiang同tong的de細xi胞bao類lei型xing，這zhe些xie細xi胞bao類lei型xing在zai它ta們men進jin化hua的de某mou個ge時shi間jian點dian出chu現xian
，並bing隨sui著zhe進jin化hua而er保bao留liu下xia來lai。隻zhi有you幾ji百bai個ge基ji因yin顯xian示shi出chu僅jin在zai人ren類lei身shen上shang才cai能neng看kan到dao的de表biao達da模mo式shi。這zhe些xie數shu據ju表biao明ming，狨rong猴hou和he人ren類lei之zhi間jian的de明ming顯xian差cha異yi源yuan於yu一yi些xie分fen子zi和he細xi胞bao的de變bian化hua。

yanjiurenyuanguanchalerenleidanaopicengbutongquyudegezhongxibaoleixing，faxianwomenchulisuojianshiwudeshijiaopicengbiqitaquyugengjiazhuanyehuahedute，yebixiaoshushijiaopicenggengjiazhuanyehua。zheyifaxiankenengbiaoming，renleibiqitaburudongwugengyilaishijiao。

《科學》雜誌上的係列論文還包括對出生前和出生後人類大腦發育關鍵時刻的細胞的研究。了解這些“時刻”可以幫助科學家製作更好的模型來研究人腦，並有助於更好地理解哪些動物模型可以幫助我們增進對大腦的了解。

科學家為何如此關注大腦皮層
？孫怡迪告訴記者，大腦皮層被認為與高級認知功能如學習

、記憶
、語言、決jue策ce和he情qing感gan等deng密mi切qie相xiang關guan。研yan究jiu大da腦nao皮pi層ceng有you助zhu於yu揭jie示shi這zhe些xie功gong能neng的de基ji礎chu機ji製zhi。了le解jie大da腦nao皮pi層ceng的de結jie構gou還hai可ke以yi幫bang助zhu我wo們men更geng好hao地di理li解jie信xin息xi處chu理li的de方fang式shi。

劉liu石shi平ping在zai接jie受shou采cai訪fang時shi告gao訴su記ji者zhe，這zhe項xiang研yan究jiu也ye說shuo明ming，進jin行xing跨kua物wu種zhong的de腦nao研yan究jiu，能neng夠gou更geng容rong易yi了le解jie人ren類lei自zi身shen的de特te性xing，有you望wang解jie開kai為wei何he人ren類lei大da腦nao如ru此ci特te殊shu
，甚shen至zhi人ren類lei高gao級ji認ren知zhi功gong能neng演yan化hua機ji製zhi的de謎mi題ti。