世界首套獼猴大腦皮層單細胞空間分布圖譜發布！G60腦智科創基地取得腦科學領域引領性成果

來源：上海松江2023.7.21

大腦是人體最復雜的器官，破譯大腦運轉密碼，揭開生命之謎，是令無數科學家殫精竭慮的艱難課題。近日，經過中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）、華大生命科學研究院、臨港實驗室、上海腦科學與類腦研究中心、騰訊AILab、深圳國家基因庫、瑞士皇家理工學院、卡羅林斯卡醫學院等17家國內外單位的聯合攻關，世界首套獼猴大腦皮層單細胞空間分布圖譜發布。
這項研究為進一步理解腦結構和功能提供重要的基礎數據庫，將有助于理解腦細胞的構成以及腦疾病發生發展的原因，具有里程碑意義。這也是G60腦智科創基地在推動我國腦科學與類腦研究領域、探索腦科學前沿領域、促進重大原創成果和關鍵技術突破上的最亮成績單。
“靈長類大腦神經細胞數量巨大，相關連接形成復雜而精細，特定神經環路支撐高級認知和行為，這些細胞和環路的異常會導致多種腦疾病，因此大腦由哪些細胞組成、這些細胞的空間分布有什么規律，就成為腦科學的基本問題，其重要性類似于人類基因組計劃完成的DNA堿基序列。”中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）研究員李澄宇介紹，通過解析與人類最接近的模式動物獼猴的大腦皮層細胞亞型的組成及其空間分布規律，對于闡明靈長類大腦的組織規律至關重要。

獼猴大腦切片

這項研究采用了我國自主研發、國際領先的超高精度大視野空間轉錄組測序技術Stereo-seq和DNBelabC4 snRNA-seq技術，獲取了目前最完整的獼猴大腦全皮層的轉錄組數據，構建了獼猴大腦皮層的細胞類型分類樹，成功繪制了三維單細胞空間分布圖譜，揭示了細胞類型的組成和靈長類腦區層級結構之間的關系，為進一步研究各類神經元之間的連接提供了分子細胞基礎。
據介紹，團隊發現，大量興奮性神經元、抑制性神經元以及非神經元細胞在大腦皮層中的分布呈現明顯的各層面及各腦區的特異性。更為有趣的是，視覺和軀體感覺系統的細胞類型組成與腦區層級組織之間存在顯著的相關性，處于相同層級的腦區往往具有類似的細胞類型組成，揭示了細胞組成和腦區結構之間的關系。

獼猴大腦皮層細胞類型空間分布圖譜

此外，攻關團隊通過與公開發表的人腦和鼠腦的單細胞數據進行跨物種比較，發現靈長類特有的分布于第四層的興奮性神經元細胞，并且這些細胞高度表達與人類疾病相關的基因。
“這項研究對于理解腦疾病的機理，尋找腦疾病可能的診治靶點，是一個非常重要的開始，此次實踐的方法未來也可以運用于病患腦組織研究。另外，通過研究與人不同演化距離的物種的腦細胞，可以幫助理解智能的產生機制，從而助力人工智能的發展。”李澄宇介紹，未來，團隊將繼續在腦疾病機制與靶點研發、腦細胞與腦結構演化、腦功能的細胞分子機制等領域攻關，推動持續產生原創性、引領性成果。

實驗攻關

下一步，松江將持續推進高水平研發機構建設，在腦科學與類腦研究領域等方面，推進關鍵技術攻關和成果轉化，發揮長三角一體化發展的區位優勢，推動建成國際化的G60腦智科創基地。