从啮齿类到灵长类，大脑“高清地图”更新了—新闻—科学网

“猕猴屏状核细胞分类与全脑联接图谱”以封面文章形式发表于《细胞》。从啮齿类长类脑智卓越中心供图

■本报见习记者 江庆龄 记者 李晨阳

人类大脑是到灵大脑自然界最复杂的“超级计算机”，蕴含着语言、更新记忆、新闻情感等高级功能的科学奥秘。大脑内部各个区域分工明确，高清地图形成“功能分区”，从啮齿类长类并通过密集的到灵大脑神经联接相互协作，共同执行复杂任务。更新

为破解感知、新闻运动、科学学习记忆和决策等重要脑功能的高清地图运作密码，脑图谱研究应运而生。从啮齿类长类它通过绘制高精度“大脑地图”，到灵大脑精确定位神经细胞、解析神经网络联接规律，为理解脑功能机制、攻克脑疾病及研发类脑智能提供重要支撑。

7月10日，由国内外30多个研究机构的300余位科研人员联合开展的10项脑图谱研究在《细胞》以专刊形式发表，其中3项研究首次见刊，另外7项近期已发表于《细胞》《神经元》《发育细胞》。这些研究深入解析了大脑细胞类型多样性、联接规律、发育进化规律及脑疾病分子机制，实现了在单细胞分辨率下，从啮齿类到灵长类的介观脑图谱绘制。

中国学者牵头的《细胞》专刊

“要理解计算机工作原理，需要分析清楚芯片中半导体元器件之间的分布及连接模式。类似地，联接图谱的绘制是解析脑科学工作原理的基础。”中国科学院院士、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（以下简称脑智卓越中心）学术主任蒲慕明说，“鉴于非人灵长类动物大脑结构与人类最为相似，在研究人脑之前，以非人灵长类动物为模型绘制图谱具有重要意义。”

2018年，蒲慕明和中国科学院院士、海南大学校长骆清铭共同倡议，发起“全脑介观神经联接图谱”大科学计划 。2020年，科技部召开脑图谱大科学计划启动前期工作座谈会，并成立中国工作组，专项部署大科学计划培育项目。

自启动以来，脑图谱大科学计划的核心目标逐步聚焦于绘制非人灵长类动物和人脑全脑介观神经联接图谱。在该战略布局下，脑智卓越中心、海南大学、华大生命科学研究院等国内机构牵头，与全球顶尖科研机构及科学家开展深度合作，共同筹建“国际灵长类介观脑图谱联盟”。联盟有力推进了脑图谱大科学计划在总体目标、国际分工和管理机制等方面形成国际共识，并将进一步整合技术、平台、人员、数据等资源，形成更大规模的跨机构科研合作团队，加快脑图谱研究进程。

脑智卓越中心党委书记孙衍刚介绍，为吸引更多国际同行关注并参与脑图谱大科学计划，2023年12月，蒲慕明与《细胞》主编沟通，共同策划以专刊形式发布介观脑图谱绘制的系列成果。

“在中国工作组的前期工作基础上，国内从事脑科学的科学家形成了一个‘研究网络’。我们综合考虑了当前集中攻关项目与介观脑图谱的关联性、研究成果的重要性以及任务的实际进展，筛选并汇集了约20项工作，于2024年3月启动投稿。”孙衍刚表示，“投稿流程以及对稿件的具体要求，均遵循了与常规投稿途径相同的标准。”

最终，有10篇论文出现在此次专刊中。值得一提的是，这是国际上少有的以科学问题为导向、由中国科学家主导的《细胞》专刊。

从结构向功能迈进

近年来，随着脑成像、空间转录组和人工智能（AI）等技术的发展，人们对大脑的认知不断加深。我国学者也在模式动物介观神经联接图谱绘制领域取得了一系列突破性成果，如发布了世界最大规模小鼠前额叶皮层、海马脑区投射图谱，世界首套猕猴大脑皮层细胞空间分布图谱，猕猴、狨猴和小鼠小脑的时空单细胞图谱等。

孙衍刚表示，不同于以往点上的成果突破，本次发布的系列成果以“自主技术迭代”为牵引，共同建立起“环路解析－进化解密－疾病解码”的研究体系，覆盖爬行类、鸟类、啮齿类、非人灵长类和人类等关键物种，并整合了转录组、联接组等多模态数据，为深入解密大脑提供了全新视角与关键手段。

本次新上线的两篇论文为技术开发方面的突破。

中国科学技术大学教授毕国强、刘北明领衔的联合团队，基于前期开发的同步飞扫三维显微成像技术（VISoR），研发了blockface-VISoR系统。结合优化的全身透明化流程，该系统可在40小时内实现成年小鼠全身均一亚细胞级分辨率三维成像。团队进而解析了全身不同类型周围神经的精细结构和单纤维投射路径，阐明了全身交感神经的器官特异性伴血管分布模式。

脑智卓越中心研究员刘真团队、孙怡迪团队与临港实验室研究员李昊团队合作，通过多组学增强子预测及在体通量功能筛选，找到了与猕猴大脑特定细胞类型相关的增强子，并进一步开发了包含112种增强子的病毒载体工具集。这些病毒工具就像“精准导弹”，能够携带荧光标记或功能蛋白，特异性地感染灵长类大脑中的特定细胞类型。利用这些细胞特异性靶向工具，科学家能够更深入了解灵长类大脑中信息处理的机制，同时有望实现对脑疾病的精准靶向治疗。

“这两项技术成果，进一步强化了我国脑图谱研究的技术体系。”孙衍刚表示，“此次发布的另外8项成果，也得益于过去荧光显微光学切片断层成像fMOST技术、时空转录组学Stereo-seq技术等的发展。”

在脑进化和发育方面，3项成果分别解析了羊膜动物脑细胞演化轨迹，建立智慧涌现底层机制的新研究范式；发布鼠脑成年及发育时空转录组图谱，揭示神经发育调控新机制；首次提出脑发育的“三级组织者”概念和下丘脑神经元的“多谱系起源”假说，揭示下丘脑进化保守性。

脑联接规律解析方面，最新上线的《细胞》论文中，脑智卓越中心研究员严军团队、徐春团队、沈志明团队，华中科技大学苏州脑空间信息研究院教授杨孝全团队利用自主研发的大体积猕猴全脑亚微米分辨连续精准三维成像技术（LV-fMOST）和Gapr神经元追踪系统，重构了猕猴前额叶皮层中所有主要区域的2231个投射神经元，揭示了猕猴前额叶皮层存在“精简高效”的神经联接模式，实现精准、模块化的信息处理策略，为深入解析灵长类高级认知功能的神经机制提供了基本框架。今年4月在线发表于《细胞》的另一项工作，则发现了猕猴屏状核（意识关键脑区）具有整合全脑多模态信息的结构基础。

在脑疾病方面，一项研究首次绘制了阿尔茨海默病（AD）患者脑海马单细胞分辨率的空间转录组图谱，揭示AD早期诊断及鉴别诊断的新型生物标志物；另一项研究则首次绘制小鼠脑出血后超急性期至恢复期的脑组织时空动态细胞分子图谱，为精准干预脑出血提供了全新的治疗思路。

探索建制化生命科学研究范式

在生命科学研究领域，全球普遍遵循相似的科研模式，即以PI（课题组长）为核心开展独立研究，这与学科本身高度专业化、快速迭代、需要自主探索的特性相符合。但在这一系列研究工作的开展过程中，相关科学家也在探索建制化的新型科研组织模式。

孙衍刚介绍：“介观脑图谱研究的核心目标为深度解析大脑结构与功能的内在联系，这一目标兼具科学性和工程属性，因此适合由工程化团队推进研究。”

经过多年发展，我国在单细胞空间图谱、高精度显微成像技术、空间转录组学、AI算法等方面取得了系列突破，并基于这些技术建立了相应平台，在进一步优化、迭代技术的同时，提高了项目进展效率。当前，中国脑图谱研究初步形成了“技术研发—数据采集—解析应用”闭环。

此次，脑智卓越中心、华中科技大学苏州脑空间信息研究院、华大生命科学研究院、中国科学技术大学、浙江大学医学院附属第一医院等科研机构，联合国内及法国、瑞典、英国等多国科学家，围绕共同目标展开合作，同时结合各自优势进行分工。

“在实施路径上，我们采取‘技术研发-平台赋能-协同攻关’三级架构，即前期由专项团队突破关键技术瓶颈，中期搭建标准化技术平台实现能力复用，后期由各课题组依托平台资源，针对各自感兴趣的问题开展研究。”孙衍刚说。

以国内外8个研究机构的92位科研人员协同攻关的“猕猴屏状核细胞分类与全脑联接图谱”研究为例，该项目依托于脑智卓越中心的全脑介观神经联接图谱研究平台（非人灵长类），并整合了法国卫生与医学研究院干细胞与脑研究所猕猴联接组图谱数据、华大生命科学研究院空间转录组技术、腾讯AI实验室算法算力优势等核心资源，逐一攻克了深入大脑核心的注射手术、多模态数据整合、准确划分屏状核边界等难题。

在孙衍刚看来，平台和数据是开展“大兵团”作战的两大要素。“把不同研究中都用得上的技术进行规模化和平台化，能够把科研人员从重复性的工作中解放出来。在应用中出现的新需求和新问题，也可以推动技术的进一步发展迭代。”

“认识脑、模拟脑、保护脑”

“当前，很多生物科学和生物技术都是以人类基因组为基础发展起来的，但最初我们仅能知道基因的基础结构。”蒲慕明指出，脑图谱同样只是基础，得到图谱之后，再研究图谱结构对功能的影响、异常情况的原因，才能真正理解大脑，进而推动脑疾病的诊断、治疗，以及脑机接口和类脑计算的发展。

孙衍刚介绍，面向未来，脑图谱大科学计划将从3个方面持续发力。

首先，脑图谱大科学计划将通过构建非人灵长类动物脑和人脑全脑细胞、介观联接、亚细胞相互作用及突触功能图谱，开发图谱绘制技术、AI驱动的预测数据分析大模型等工作，全面解析灵长类脑联接规律，并启迪大脑智能和意识研究。

其次，脑图谱大科学计划将依托脑图谱研究国际联盟，持续扩大国际合作，积极拓展与“一带一路”沿线国家和“金砖国家”等的交流合作。联盟计划建立脑图谱技术共享平台，推动同步辐射X射线神经示踪技术、单细胞时空多组学技术、AI算法和系统等新技术研发。联盟也将联合全球科学家，加速整合大脑细胞图谱、联接图谱和不同尺度或分辨率的多模态数据，建立AI辅助的数据采集、分析、解释和验证手段，构建面向全球开放共享的“脑图谱数据库”。

最后，脑图谱大科学计划将进一步解析大脑进化的生物机制，揭示更高认知能力起源的遗传基础，进而助力脑疾病诊治、推动类脑AI产业发展，最终实现“认识脑、模拟脑、保护脑”的目标。

“此次专刊的系列成果，展现了我国团队协同攻关的能力和成果，也增强了国内外合作团队对脑图谱大科学计划成功发起的信心。”蒲慕明指出，“经过5年多筹备，国际工作组将在今年9月与国内工作组合作，正式成立‘国际灵长类介观脑图谱联盟’，预计在未来10年内能够完成猕猴全脑介观图谱。”

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.06.040

https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.06.005

https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.06.011