科技日報

◎盧力媛 本報記者 王 春

想要破解大腦的奧秘，困難重重。研究人員通過研究靈長類動物的腦部結構、開發靶向新工具，正逐步破譯神經信號“摩斯密碼”，構建靈長類“大腦地圖”。

人腦屏狀核，是一個被稱為“大腦指揮中心”的區域，一直是神經科學領域最為神秘和引人關注的研究對象之一。近日，中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（以下簡稱“腦智卓越中心”）、華大生命科學研究院、法國國家衛生與醫學研究院干細胞與腦研究所、臨港實驗室、上海腦科學與類腦研究中心、騰訊生命科學實驗室等機構聯合在國際頂級期刊《細胞》上發表了關于獼猴屏狀核的重磅研究成果，首次繪制出迄今為止最為詳細和全面的非人靈長類屏狀核單細胞空間轉錄組與全腦聯接圖譜，為破解意識之謎提供了關鍵科學依據。

研究團隊通過采用最先進的單核RNA測序技術和空間轉錄組學方法，對227750個獼猴屏狀核細胞進行深度分析，成功識別出48種轉錄組定義的細胞類型。

研究團隊發現，獼猴屏狀核被組織成4個功能性區域，每個區域都具有獨特的細胞類型組成和聯接偏好。這種模塊化的組織結構為理解屏狀核如何協調不同腦區的活動提供了重要線索。更重要的是，團隊研究識別出了靈長類特有的細胞亞型，揭示了屏狀核在進化過程中的重要擴展和特化。這項研究具有重要社會意義和廣闊實踐應用前景。腦智卓越中心研究員沈志明說，通過精確調控屏狀核的活動，未來研究人員或可實現對大腦整體狀態的有效調節，為抑郁癥患者調節情緒狀態打開新技術途徑。

而要向繪制人腦介觀圖譜的最高目標邁進，還需要進一步開發標記技術和成像技術。

腦智卓越中心研究員劉真說，大腦就像一個龐大而精密的“工廠”，由數百種不同類型的神經細胞和膠質細胞組成，它們如同工廠里的不同“工人”，在信息處理、信號傳遞、支持保護等方面扮演著獨特角色。只有深入研究大腦中各種細胞類型的特性和功能，才能真正理解大腦的復雜功能。

在很長一段時間里，靈長類腦科學研究因為缺乏有效的細胞特異性靶向工具，進展緩慢，就像人手里拿著一把鈍斧頭，想要精細雕刻卻力不從心。開發一種不依賴轉基因動物，又能精準靶向靈長類特定細胞類型的技術方法，成為該領域亟待突破的關鍵難題。

為了解決這一難題，劉真研究團隊聯合腦智卓越中心研究員孫怡迪團隊和臨港實驗室青年研究員李昊團隊，利用靈長類大腦單細胞RNA測序和ATAC測序數據建立了獼猴增強子預測流程，結合體功能篩選與鑒定，找到了與特定細胞類型相關的增強子。增強子是基因組中調控基因表達的“開關”，能在特定細胞類型中啟動基因表達。利用這些增強子，科學家們開發了112種腺相關病毒（AAV）載體，這些載體就像“精準導彈”，能夠攜帶熒光標記或功能蛋白，特異性地感染靈長類大腦中的特定細胞類型。例如，它們可以分別精準標記大腦皮層不同層的興奮性神經元及抑制性神經元的不同亞型，還有膠質細胞等。

這項技術的突破讓科學家們在靈長類大腦研究中實現了從“模糊觀察”到“精準定位”的跨越。此研究研發的工具集首次系統填補了靈長類神經環路研究中細胞特異性標記技術的空缺，突破了傳統轉基因模型的依賴限制，為靈長類大腦細胞特異性研究提供了完整且強大的工具庫。