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解碼人類大腦：詳細的細胞圖譜為新一代療法鋪平道路

2023-10-15 15:55:10 來源：cnBeta

令人難以置信的詳細細胞圖譜有助于為新一代治療方法鋪平道路。一組國際科學(xué)家繪制了人類大腦和非人靈長類大腦的基因、細胞和結(jié)構(gòu)組成圖譜。通過美國國立衛(wèi)生研究院（National Institutes of Health）的"腦研究促進創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)計劃"的資助，科學(xué)家們對大腦結(jié)構(gòu)有了更深入的了解，從而對大腦功能和功能障礙的細胞基礎(chǔ)有了更深入的認識，為新一代針對精神障礙和其他腦部疾病患者的精準療法鋪平了道路。

(資料圖)

研究人員繪制了人類和非人靈長類動物大腦的基因和細胞構(gòu)成圖譜，為深入了解大腦功能和治療疾病提供了可能。這項研究是腦神經(jīng)元計劃（BRAIN Initiative）的一部分，共發(fā)表了 24 篇論文，有望在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域取得變革性進展。

這些研究成果發(fā)表在《科學(xué)》（Science）、《科學(xué)進展》（Science Advances）和《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》（Science Translational Medicine）雜志的24篇論文集中。

"繪制大腦的細胞圖譜是了解這一重要器官在健康和疾病中如何工作的關(guān)鍵一步，"美國國家精神衛(wèi)生研究所所長、醫(yī)學(xué)博士約書亞-戈登（Joshua A. Gordon）說。"這些新的人腦和非人靈長類動物大腦詳細細胞圖譜為設(shè)計新療法奠定了基礎(chǔ)，新療法可以針對腦部疾病所涉及的特定腦細胞和腦回路。"

主要發(fā)現(xiàn)和見解

在這一最新的大腦激活細胞普查網(wǎng)絡(luò)（BRAIN Initiative Cell Census Network，BICCN）論文集中，24 篇論文詳細描述了人腦和非人靈長類動物腦細胞異常復(fù)雜的多樣性。這些研究發(fā)現(xiàn)了人腦和非人靈長類大腦中細胞組織方式和基因調(diào)控方式的異同。例如論文集中的三篇論文首次提出了成人人腦的細胞圖譜，繪制了大腦的轉(zhuǎn)錄和表觀基因組圖譜。轉(zhuǎn)錄組是細胞中基因讀數(shù)的完整集合，其中包含制造蛋白質(zhì)和其他細胞產(chǎn)品的指令。表觀基因組指的是細胞 DNA 和染色體的化學(xué)修飾，它們改變了細胞遺傳信息的表達方式。

在另一篇論文中，通過比較人腦和幾種非人靈長類動物大腦（黑猩猩、大猩猩、獼猴和狨猴大腦）的細胞和分子特性，發(fā)現(xiàn)人類和非人靈長類動物大腦皮層細胞的類型、比例和空間組織有明顯的相似之處。對不同物種大腦皮層細胞基因表達的研究表明，人類血統(tǒng)中基因表達的相對微小變化導(dǎo)致了神經(jīng)元布線和突觸功能的變化，這可能使人類大腦具有更強的可塑性，從而支持了人類大腦的適應(yīng)、學(xué)習(xí)和變化能力。

一項探索狨猴不同腦區(qū)細胞如何變化的研究發(fā)現(xiàn)，成年大腦中細胞的特性與這些細胞在發(fā)育過程中的特性之間存在聯(lián)系。這種聯(lián)系表明，發(fā)育程序在細胞形成并維持到成年期時就已植入細胞中，而且成年后一些可觀察到的細胞特性可能起源于生命早期。這一發(fā)現(xiàn)可能會讓人們對整個生命周期的大腦發(fā)育和功能有新的認識。

對新皮層最外層神經(jīng)元的解剖學(xué)和生理學(xué)的探索揭示了人腦和小鼠大腦的差異，表明這一區(qū)域可能是進化的熱點，人類的變化反映了調(diào)節(jié)人類更復(fù)雜的大腦回路的更高要求。

BICCN是一項了解大腦細胞構(gòu)成的開創(chuàng)性工作，其核心目標是建立大腦細胞的全面清單--它們在哪里、如何發(fā)育、如何協(xié)同工作以及如何調(diào)節(jié)其活動，從而更好地了解大腦疾病是如何發(fā)展、進展和得到最佳治療的。

美國國立衛(wèi)生研究院大腦計劃主任約翰-恩蓋（John Ngai）博士說："這一系列研究是在細胞水平上揭示人腦復(fù)雜性的里程碑式成就。通過 BICCN 建立起來的科學(xué)合作正在推動這一領(lǐng)域以指數(shù)級的速度向前發(fā)展；其進展和可能性簡直令人嘆為觀止。"

本論文集中對人腦和非人靈長類動物大腦中的腦細胞類型進行的普查是朝著開發(fā)未來大腦治療方法邁出的關(guān)鍵一步。這些發(fā)現(xiàn)還為"大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計劃細胞圖譜網(wǎng)絡(luò)"（BRAIN Initiative Cell Atlas Network）奠定了基礎(chǔ)。"大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計劃細胞圖譜網(wǎng)絡(luò)"是一個具有變革意義的項目，它與另外兩個大型項目--"大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計劃跨尺度連接"（BRAIN Initiative Connectivity Across Scales）和"精準腦細胞獲取軍械庫"（Armamentarium for Precision Brain Cell Access）--旨在通過闡明支配行為回路基礎(chǔ)的基本原理，為治療人類大腦疾病的新方法提供信息，從而徹底改變神經(jīng)科學(xué)研究。

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