自神經(jīng)元學(xué)說創(chuàng)立以來，繪制精細(xì)人腦圖譜，一直是科學(xué)界的終極目標(biāo)之一。

為何要在“一張圖”上“鉆牛角尖”？中國科學(xué)家們說，為了解決腦科學(xué)前沿的重大問題，為了腦健康保障，為了類腦人工智能的發(fā)展。更是，要在腦圖譜研究的國際競爭中，占得重要的一席之地。

積跬步，至千里。北京時間10日深夜，我國腦科學(xué)家們，迎來了一波“大豐收”——中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）、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)、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所、上海腦科學(xué)與類腦研究中心、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院和鄭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院等國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)，聯(lián)合多國科學(xué)家，借助高分辨率的全腦三維光學(xué)成像、空間轉(zhuǎn)錄組和人工智能等前沿技術(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)了單細(xì)胞分辨率的介觀圖譜繪制從嚙齒類到靈長類的跨越。

十項重磅成果，在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）、《神經(jīng)元》（Neuron）、《發(fā)育細(xì)胞》（Developmental Cell）集中發(fā)表。新民晚報記者獲悉，這十項成果中，上海科學(xué)家牽頭了其中五項；更有兩一篇文章，分別登上了《細(xì)胞》（Cell）封面和《神經(jīng)元》（Neuron）雜志封面！

成果登上Cell封面

這張“腦圖”，真的很重要！

大腦智能起源于神經(jīng)細(xì)胞的多樣性、神經(jīng)聯(lián)接的復(fù)雜性，探究其本質(zhì)是腦科學(xué)研究的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

而腦圖譜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。

腦智卓越中心副主任孫衍剛介紹，國際上，瑞士在二十年前啟動了“藍(lán)腦計劃”；美國于2013年啟動了“創(chuàng)新性神經(jīng)技術(shù)大腦研究計劃”；同年，歐盟推出“人類大腦計劃”；2014年，“鄰居”日本提出繪制絨猴大腦的結(jié)構(gòu)和功能圖譜……

我國雖起步略晚，隊伍體量小，但步子邁得大而堅實——從國家到上海，都在積極布局腦圖譜研究，并且技術(shù)和成果逐漸達(dá)到國際先進(jìn)水平，已在部分領(lǐng)域取得了領(lǐng)先優(yōu)勢。在科學(xué)家們看來，持續(xù)資助力度、技術(shù)更新速度和數(shù)據(jù)開源程度是決定腦圖譜未來發(fā)展和應(yīng)用水平的重要因素。

腦圖譜VR系統(tǒng)在虛擬空間里架設(shè)了獼猴前額葉單神經(jīng)元投射圖譜模型，利用VR的沉浸式體驗，體驗者可以像現(xiàn)實世界里觀察物體一樣去觀察大腦中的細(xì)胞，仿佛將自己置身在大腦神經(jīng)元的森林中

中國科學(xué)院院士、腦智卓越中心學(xué)術(shù)主任蒲慕明，對這次成果的“大爆發(fā)”，倒是出人意料的淡然。因為，在過去幾年內(nèi)，完成了世界最大規(guī)模的小鼠前額葉皮層、海馬腦區(qū)神經(jīng)元的投射圖譜，世界首套獼猴大腦皮層細(xì)胞空間分布圖譜，獼猴、絨猴和小鼠小腦時空單細(xì)胞圖譜，首次繪制了正常人及阿爾茨海默病（AD）患者海馬單細(xì)胞分辨率的空間轉(zhuǎn)錄組圖譜，繪制了小鼠腦出血后超急性期至恢復(fù)期的腦組織單細(xì)胞分辨率時空動態(tài)轉(zhuǎn)錄組圖譜……中國科學(xué)家們步步為營，已然做足了“鋪墊”。

這些突破，真的很關(guān)鍵！

新民晚報記者了解到，這次“大豐收”的成果，共同的“關(guān)鍵詞”都是腦圖譜，彼此之間既存在內(nèi)在邏輯關(guān)聯(lián)，又在研究對象、技術(shù)手段、科學(xué)發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用方向上呈現(xiàn)出顯著差異。

“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‘環(huán)路解析—進(jìn)化解密—疾病解碼’的研究體系，有望推動實現(xiàn)‘從結(jié)構(gòu)到功能’的質(zhì)的跨越，為深入解密大腦提供全新視角與關(guān)鍵手段。”孫衍剛指出。

科學(xué)家解釋，系列研究覆蓋從嚙齒類（小鼠）到靈長類（獼猴、人類）的多物種腦區(qū)，包括全腦、特定核團(tuán)（跨物種下丘腦、獼猴屏狀核）、功能通路（小鼠體感上行通路）及疾病靶區(qū)（阿爾茨海默病患者海馬）等。多數(shù)研究融合空間轉(zhuǎn)錄組與單細(xì)胞測序，但都進(jìn)一步拓展多組學(xué)整合。

“這些成果具有高度一致性的核心目標(biāo)，即深度解析大腦結(jié)構(gòu)與功能的內(nèi)在聯(lián)系。”孫衍剛告訴記者，“無論是對不同物種大腦連接圖譜的繪制，還是細(xì)胞圖譜、空間轉(zhuǎn)錄組圖譜等方面的探索，均致力于為闡釋腦進(jìn)化發(fā)育進(jìn)程、攻克腦部疾病難題以及理解智能本質(zhì)提供關(guān)鍵的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。”

單神經(jīng)圖譜可視化軟件

這一波“大豐收”，也得到了國內(nèi)外同行專家的積極評價。美國國家科學(xué)院院士、麻省理工腦研究院院長羅伯特·德西蒙（Robert Desimone）在點(diǎn)評成果之一的“獼猴前額葉皮層的單神經(jīng)元全腦投射圖譜”時說，這一靈長類動物前額葉皮層及其聯(lián)接的新“線路圖”，對于推動我們對健康和疾病狀態(tài)下認(rèn)知功能的理解，是極為必要的。

這種模式，真的很給力！

蒲慕明院士說，系列成果的涌現(xiàn)，背后可能是我國生命科學(xué)界最大規(guī)模的團(tuán)體攻關(guān)——數(shù)十個單位的幾百人共同參與，“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)。‘十五五’期間，還有很多需要‘大兵團(tuán)作戰(zhàn)’的項目，希望此次成果的集中發(fā)布，能起到示范作用。”

在他看來，協(xié)作攻關(guān)最主要的因素是，目標(biāo)必須非常明確，才能工程化地、朝著目標(biāo)一步步地前進(jìn)；更“官方”一點(diǎn)的說法，就是：功成不必在我，功成必定有我。

記者注意到，此次成果的呈現(xiàn)方式，也有些不一般——Cell是以專刊形式發(fā)布的。蒲慕明解釋，論文若能成系列、有組織地發(fā)表，能大大提升國際影響力，對科學(xué)家也是一種動力；對期刊來說，也是提升知名度的好機(jī)會，所以是雙贏的好事。

據(jù)透露，腦智卓越中心、海南大學(xué)、華大生命科學(xué)研究院、上海腦科學(xué)與類腦研究中心等國內(nèi)機(jī)構(gòu)正在牽頭籌建“國際靈長類介觀腦圖譜研究聯(lián)盟”，預(yù)計將于今年9月正式成立，有望形成更大規(guī)模的跨國、跨機(jī)構(gòu)科研合作團(tuán)隊，加快推動腦圖譜研究進(jìn)程。

中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心介觀腦圖譜研究團(tuán)隊

這波“大豐收”，無疑也證明了，啟動“全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜”大科學(xué)計劃的時機(jī)已經(jīng)成熟。這項無數(shù)人關(guān)注的國際大科學(xué)計劃，亦是上海“十四五”科技創(chuàng)新規(guī)劃中參與和發(fā)起大科學(xué)計劃的重要目標(biāo)之一。它也將依托聯(lián)盟，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)、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)，建立AI輔助的數(shù)據(jù)采集、分析、解釋和驗證手段，構(gòu)建面向全球開放共享的“腦圖譜數(shù)據(jù)庫”。

原標(biāo)題：《十項重磅腦科學(xué)成果“一鍋出”，上海牽頭一半！為何科學(xué)家要拼全力畫這張圖？》

欄目編輯：左妍 題圖新民晚報 陶磊 新民晚報 陶磊,采訪對象供圖 圖片編輯：新民晚報 陶磊

作者：新民晚報 郜陽