研究人员通过BRaiN Initiative支持的大规模合作，揭开了对人类和灵长类动物脑细胞结构的详细研究，识别了3000多种不同的脑细胞，并为扩展的人类细胞图谱项目做出了贡献。

你有3000多种不同的脑细胞，以及迄今为止创建的最大的人类脑细胞图谱中的更多见解。

科学家们刚刚公布了一项巨大的研究成果，旨在了解我们自己的大脑以及与我们最亲近的灵长类动物的大脑。

在10月12日发表在《科学》、《科学进展》和《科学转化医学》杂志上的一组21篇论文中，一个大型研究团队分享了关于构成人类大脑和其他灵长类动物大脑的细胞的新知识。与之前发表的工作相比，这是一个巨大的飞跃，研究和数据揭示了我们大脑许多区域的神经系统细胞组成的新见解，以及人类大脑的独特之处。

该研究联盟致力于了解人类大脑及其模块化、功能性的本质。它汇集在一起，由美国国立卫生研究院的大脑研究通过推进创新神经技术?(Brain)倡议资助。来自世界各地的数百名科学家共同完成了一系列研究，探索人类大脑和其他灵长类动物的细胞组成，并展示了如何使用一套具有变革性的可扩展技术，以前所未有的分辨率研究人类大脑的详细组织。

在细胞水平上理解我们的大脑是理解我们的大脑如何运作以及我们作为一个物种是谁的关键，也是更准确地确定大脑疾病和紊乱的细胞根源的关键——这些知识最终可能导致更好地治疗这些疾病。

艾伦研究所下属的艾伦脑科学研究所(Allen Institute for Brain Science)的科学家们领导了其中的五项研究，并对另外三项研究做出了重大贡献，其中一项研究极大地扩展了关于成人大脑中细胞类型数量的现有知识。卡罗林斯卡研究所(Karolinska Institute)和艾伦研究所(Allen Institute)的科学家研究了单个脑细胞中开启的基因，这是一种被称为单细胞转录组学的技术，揭示了细胞类型的惊人多样性:我们有3000多种不同的脑细胞。

高级研究员，Ed Lein和高级科学家，Meanhwan Kim在艾伦研究所的电生理实验室里，在一个多贴片钻机上观察活体脑组织。图片来源:Erik Dinnel / Allen Institute

“我认为这是神经科学的一个关键时刻，新技术现在使我们能够了解人类大脑和其他灵长类动物大脑的非常详细的细胞组织，”艾伦脑科学研究所的高级研究员Ed Lein博士说，他领导了几项新发表的研究。“从本质上讲，这项工作是分子生物学的一次胜利:差异基因的使用可以用来定义细胞类型，基因组学的工具可以用来绘制组成整个人类大脑的高分辨率、带注释的细胞图的初稿。”

这些研究还解决了一系列重要问题，例如:个体大脑在细胞水平上有多大差异?我们的大脑和我们最近的猿类亲戚有什么不同?我们有多少种脑细胞?这些细胞有什么特性?这些细胞在发育过程中是如何出现和成熟的?

在之前的工作基础上，以高分辨率绘制人类大脑皮层(大脑的最外层)单个区域的脑细胞类型，新发表的研究包将这些研究扩展到整个大脑的数十个到100个区域。单一区域研究发现了100多种不同的脑细胞类型，新发布的数据显示，整个大脑中有数千种不同的脑细胞。对于大脑的许多部分来说，这种复杂性和多样性以前从未被描述过。

这些研究是美国国立卫生研究院大脑倡议细胞普查网络(BICCN)的一部分，BICCN是一项为期五年的资助计划，于2017年启动，旨在创建脑细胞类型目录。这项工作展示了尖端细胞和分子方法的可扩展性，以解决人类大脑的大小和复杂性的挑战，并为细胞普查工作的下一阶段奠定了基础。下一阶段的部分工作正在艾伦研究所进行，将通过大脑计划的细胞图谱网络(BICAN)建立更全面的人类和其他灵长类动物大脑图谱。

美国国立卫生研究院大脑计划主任John Ngai博士说:“目前的一系列研究代表了一项具有里程碑意义的成就，它继续为在细胞水平上阐明人类大脑的复杂性架起一座重要的桥梁。”“通过BICCN形成的科学合作，并在BICAN的下一阶段继续进行，正在推动该领域以指数级的速度向前发展;这些进步和可能性简直令人惊叹。”

人类研究使用了将大脑捐赠给科学研究的人的死后组织，以及接受过脑部手术并将组织捐赠给研究的患者捐赠的健康活体组织。

新发布的研究数据也将输入到人类细胞图谱中，这是一项国际努力，旨在建立一个涵盖人体所有器官、组织和系统的全面参考细胞图谱。

艾伦研究所领导的五项研究包括:探索个体之间脑细胞类型的差异。在这项研究中，科学家们观察了75个不同的成年捐赠者的脑细胞，通过他们在皮层的一个区域，即颞中回中开启的基因水平来观察脑细胞。这是首次使用单细胞技术对大量个体进行比较的人类大脑研究之一。研究人员发现，虽然我们都有相同的基本细胞成分表，但某些细胞的比例和这些细胞中开启的基因却因人而异。人类和我们最亲近的类人猿，黑猩猩和大猩猩之间的脑细胞类型比较。这些研究表明，我们与进化上的近亲有着相同的基本脑细胞结构，但那些保守的细胞类型所使用的基因发生了变化。具体来说，人类和其他灵长类动物之间的神经元连接和大脑回路形成的许多基因是不同的。Lein说:“这为如何通过进化提高认知能力创造了一个合理的解释，通过连接相同类型的细胞回路或以稍微不同的方式改变系统的增益。”深入比较了构成人类皮层不同区域的细胞，这是我们许多高级认知功能的所在地。这项研究观察了大脑皮层不同区域的各种细胞类型，发现我们的视觉皮层，也就是我们处理所见之物的地方，比其他区域更专门化、更独特，比老鼠的视觉皮层更专门化。这一发现可能与人类和其他灵长类动物比许多其他哺乳动物更依赖我们的视觉这一事实有关。两项研究分析了人类新皮层的抑制性神经元的特性，通过探索它们的电特性和复杂的3D形状，以及它们打开的基因，这种方法需要使用从神经外科手术中获得的活组织来治疗顽固性癫痫或脑肿瘤。这些研究提供了关于人类神经元特征的基本信息，包括在人类和其他一些哺乳动物中发现的几种类型，但在小鼠中没有，包括描述性命名的玫瑰果细胞和双花束细胞。

参考文献:《探索人类大脑》，Mattia Maroso, 2023年10月12日，《科学》。DOI: 10.1126 / science.adl0913

这里报道的研究得到了联合国的支持通过推进创新神经技术?(Brain)倡议的美国国立卫生研究院大脑研究。的有限公司内容只是回应作者的观点，并不一定代表联合国的官方观点美国国立卫生研究院