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中国科学家绘制了猴子的大脑皮层,单细胞分辨率全球独一份
以下文章来源于世界科学 ,作者编译 希区客
世界科学.
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大脑由哪些细胞组成?脑细胞的空间分布有何规律?这是脑科学的基本问题。
如果能以图谱形式,描绘出人类脑中数以百亿计的细胞的类型、形态、分布、相互联系、基因表达……那么脑科学家对于大脑的认知,便可如你我查看百度地图那般一目了然。
人类的脑细胞地图,还要绘上好久;不过猴子的脑地图,已经火热上线了。7月12日,《细胞》杂志刊载了全球第一份单细胞分辨率、迄今为止最完整的猕猴大脑皮层细胞空间分布图谱。
中国科学团队主导完成了此项工作。
![](https://imagepphcloud.thepaper.cn/pph/image/263/368/856.jpg)
大脑皮层是大脑的最外层,具备许多宝贵的认知功能,包括推理、决策、适应不断变化的环境,等等。相比其他动物,以人类为代表的灵长类拥有大得多的皮层。
科学家一直认为,正是这种进化特征赋予我们大脑以复杂计算能力。
那么皮层的功能究竟是如何运作的呢?
一台计算机的性能由它的每一个组件,以及组件的布置和接线方式决定——“结构决定功能”。这同样是生物学的关键法则。
大脑皮层是个复杂的六层结构,充满各种不同类型的神经元和非神经元细胞。这些细胞中的每一个,它们的类型和特点,它们的分布与组织方式,都决定着皮层功能。科学家要解析功能,最根本方法就是将细胞做精确编目。
神经元当然是毫无疑问的主角,它们会被电激活,会传导电信号,彼此连接构成神经网络以处理信息。其中有两类神经元左右着大脑活动的平衡:
一种是谷氨酸能神经元,即兴奋性神经元,可提高大脑计算能力;另一种是γ-氨基丁酸(GABA)能神经元,即抑制性神经元,会降低神经网络活性。
非神经元细胞的地位不如神经元,但也绝非配角。它们不仅帮助保护大脑免受感染,支持神经新陈代谢并清理分子废物,最近的研究还表明,非神经元细胞对于早期发育阶段神经网络的形成至关重要,在对抗阿尔茨海默病等神经退行性疾病方面也无可替代。
新研究的作者团队使用时空组学技术(Stereo-seq),同时从多个细胞中提取遗传信息(转录组),给每个细胞记录下大约500个基因的活动,从而创建每个细胞的分子指纹,之后借助AI工具,将来自143个区域的近150万个细胞分型为264种不同类型,并绘制了它们在皮质中的位置。其中兴奋性神经元占比最多,约60%~70%,其余的是抑制性神经元以及非神经元细胞。
庞杂而精细的细胞编目带来了深刻的洞见。
研究团队发现,皮层的脑细胞喜欢“拉帮结派”地分布,大量兴奋性神经元、抑制性神经元以及非神经元细胞,其分布都呈现显著的皮层及脑区特异性。不同皮层层级脑区有着不同类型的细胞,处于相同层级的脑区往往聚集相似的细胞类型。
此外,他们还发现了灵长类特有的6类兴奋性神经元细胞,分布于第四层皮层;这些细胞高度表达与人类疾病相关的基因,例如语言功能障碍、智力发育不全等。
这项工作可帮助科学家更深入理解脑细胞相互作用、神经信息传递、脑区功能等问题,针对一些脑部疾病的研究和研发工作也将因此获益。我们甚至还可能从脑图中获得对AI的启发。
中国科学院脑智卓越中心学术主任蒲慕明院士表示:“未来,团队将继续在脑疾病机制与靶点研发、脑细胞与脑结构演化、脑功能的细胞分子机制等领域开展跨机构、跨领域合作攻关,推动中国在这些领域持续产生原创性、引领性成果。”
资料来源:
Scientists Just Unveiled the Most Complete Map of the Monkey Cortex Yet
原标题:《中国科学家绘制了猴子的大脑皮层,单细胞分辨率全球独一份》
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