近日，《細(xì)胞》《神經(jīng)元》等國際頂尖學(xué)刊以封面形式發(fā)表了我國介觀腦圖譜研究的十項重要成果，鞏固了我國在該研究領(lǐng)域的國際影響力，彰顯了領(lǐng)域研究的優(yōu)勢和特色。

介觀腦圖譜是指介于宏觀腦區(qū)功能解析與微觀神經(jīng)元突觸聯(lián)接機(jī)制研究之間的腦科學(xué)研究范式，其核心在于構(gòu)建神經(jīng)環(huán)路的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)聯(lián)模型。為破解感知、運(yùn)動、學(xué)習(xí)記憶和決策等重要腦功能的運(yùn)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(xì)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(jī)制、攻克腦疾病及研發(fā)類腦智能提供重要支撐。

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此次集中發(fā)布十項成果的解析視頻。中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心供

自神經(jīng)科學(xué)先驅(qū)拉蒙·卡哈爾創(chuàng)立神經(jīng)元學(xué)說，100多年來，繪制精細(xì)人腦圖譜一直是科學(xué)界的終極目標(biāo)之一。哺乳動物大腦的復(fù)雜性超乎想象，人腦包含近千億神經(jīng)元和上萬億神經(jīng)連接，其高度的多樣性、動態(tài)演化特性和物種差異，為全面解析“大腦奧秘”帶來了巨大挑戰(zhàn)。單細(xì)胞多組學(xué)測序、高通量全腦成像、新型生物信息學(xué)工具和人工智能等技術(shù)突破，正為繪制精細(xì)腦圖譜，進(jìn)而理解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本組織原則提供強(qiáng)大支撐。

此次介觀腦圖譜研究由中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心發(fā)起，聯(lián)合華中科技大學(xué)蘇州腦空間信息研究院、華大生命科學(xué)研究院、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院、鄭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所等國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)，以及法國、瑞典、英國等多國科學(xué)家，借助腦成像、空間轉(zhuǎn)錄組和人工智能等我國自主研發(fā)的前沿技術(shù)，深入解析了大腦細(xì)胞類型多樣性、聯(lián)接規(guī)律、發(fā)育進(jìn)化規(guī)律及腦疾病分子機(jī)制，實現(xiàn)了在單細(xì)胞分辨率下從嚙齒類到靈長類的介觀圖譜繪制的跨越。

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(jìn)一步擴(kuò)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(diǎn)上突破不同，本次系列成果以“自主技術(shù)迭代”為牽引，推進(jìn)建立了從“環(huán)路解析—進(jìn)化解密—疾病解碼”的研究體系，為深入解密大腦提供了全新視角與關(guān)鍵手段。

據(jù)悉，系列成果中引人矚目的包括腦圖譜賦能腦疾病機(jī)制解析?？蒲腥藛T利用Stereo-Seq空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，首次繪制了正常人及阿爾茨海默?。ˋD）患者海馬的單細(xì)胞分辨率空間轉(zhuǎn)錄圖譜，發(fā)現(xiàn)了病理性小型膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞在海馬傘區(qū)域的高度富集及細(xì)胞通訊增強(qiáng)，從單細(xì)胞分辨率上對β-淀粉樣蛋白（Aβ）周圍細(xì)胞進(jìn)行了解析，為AD病理研究提供了更精細(xì)、系統(tǒng)的分子解析，揭示了一系列新型生物標(biāo)志物，為AD的早期診斷及鑒別診斷提供了新的可能性。

本次集中發(fā)布的成果中，還有首次繪制小鼠腦出血后超急性期至恢復(fù)期的動態(tài)時空轉(zhuǎn)錄組圖譜，不僅揭示了腦出血并非僅為出血部位的局部病變，更涉及全腦反應(yīng)，還系統(tǒng)解析了腦出血后損傷與修復(fù)進(jìn)程，闡明了以膠質(zhì)細(xì)胞為代表的多種細(xì)胞類型在組織損傷與修復(fù)過程中發(fā)揮的關(guān)鍵作用,為腦出血的新藥開發(fā)和精準(zhǔn)治療提供了重要參考。

據(jù)介紹，在中國國際大科學(xué)計劃和大科學(xué)工程等國家戰(zhàn)略的指引下，國家科技部將“全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜”大科學(xué)計劃作為重點(diǎn)培育的國際大科學(xué)計劃之一，包括2020年科技部召開了腦圖譜大科學(xué)計劃啟動前期工作座談會，并成立中國工作組；專項部署大科學(xué)計劃培育項目，從而更好地助力搶占腦科學(xué)制高點(diǎn)，服務(wù)國家科技強(qiáng)國戰(zhàn)略。

自啟動培育以來，結(jié)合國內(nèi)外領(lǐng)域發(fā)展態(tài)勢和當(dāng)前技術(shù)水平發(fā)展?fàn)顩r，腦圖譜大科學(xué)計劃的核心目標(biāo)逐步聚焦在繪制非人靈長類動物和人腦全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜。在該戰(zhàn)略布局下，中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心、海南大學(xué)、華大生命科學(xué)研究院等國內(nèi)核心機(jī)構(gòu)正在牽頭，與全球頂尖科研機(jī)構(gòu)及科學(xué)家開展深度合作，共同籌建“國際靈長類介觀腦圖譜聯(lián)盟”，有力推進(jìn)了腦圖譜大科學(xué)計劃在總體目標(biāo)、國際分工和管理機(jī)制等方面形成國際共識，并將進(jìn)一步整合技術(shù)、平臺、人員、數(shù)據(jù)等資源，形成更大規(guī)模的跨機(jī)構(gòu)科研合作團(tuán)隊，加快推動腦圖譜研究進(jìn)程。

本次腦圖譜大科學(xué)計劃系列成果由國內(nèi)外30多家科研機(jī)構(gòu)組成的超過300人的團(tuán)隊共同完成，充分展現(xiàn)了國際團(tuán)隊協(xié)同攻關(guān)的能力和成果，標(biāo)志著腦圖譜大科學(xué)計劃的時機(jī)已經(jīng)成熟；增強(qiáng)了國內(nèi)外合作團(tuán)隊對腦圖譜大科學(xué)計劃成功發(fā)起的信心。

靈長類腦圖譜研究具有工程浩大、周期長、數(shù)據(jù)量驚人等特點(diǎn)，對此，參與腦圖譜大科學(xué)計劃的科研人員呼吁，要持續(xù)深化全球科技合作，共同向破解靈長類介觀腦圖譜的更高目標(biāo)發(fā)起沖擊。

隨著新型成像技術(shù)、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，當(dāng)前腦圖譜大科學(xué)計劃的研究目標(biāo)已從小型動物邁進(jìn)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終目標(biāo)邁進(jìn)，腦圖譜研究的價值遠(yuǎn)超科學(xué)本身。

下一步，腦圖譜大科學(xué)計劃將依托腦圖譜國際聯(lián)盟，持續(xù)擴(kuò)大國際合作；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(xì)胞時空多組學(xué)技術(shù)、AI算法和系統(tǒng)等新技術(shù)研發(fā)；整合大腦細(xì)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)，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(rèn)識腦、模擬腦、保護(hù)腦”的目標(biāo)。