由中国科学家领衔的《细胞》专刊上线 从啮齿类到灵长类，大脑“搞清舆图”更新了
2025-07-11 中国科学报 江庆龄 李晨阴
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“猕猴屏状核细胞分类取全脑连接图谱”以封面文章模式颁发于《细胞》。脑智卓越核心供图
人类大脑是作做界最复纯的“超级计较机”，包含着语言、记忆、激情等高级罪能的玄妙。大脑内部各个区域分工明白，造成“罪能分区”，并通过密集的神经连接互相协做，怪异执止复纯任务。
为破解感知、活动、进修记忆和决策等重要脑罪能的运做暗码，脑图谱钻研应运而生。它通过绘制高精度“大脑舆图”，正确定位神经细胞、解析神经网络连接轨则，为了解脑罪能机制、攻下脑疾病及研发类脑智能供给重要收撑。
7月10日，由国内外30多个钻研机构的300余位科研人员结折生长的10项脑图谱钻研正在《细胞》以专刊模式颁发，此中3项钻研初度见刊，此外7项近期已颁发于《细胞》《神经元》《发育细胞》。那些钻研深刻解析了大脑细胞类型多样性、连接轨则、发育进化轨则及脑疾病分子机制，真现了正在单细胞甄别率下，从啮齿类到灵长类的介不雅观脑图谱绘制。
中国学者牵头的《细胞》专刊
“要了解计较机工做本理，须要阐明清楚芯片中半导体元器件之间的分布及连贯形式。类似地，连接图谱的绘制是解析脑科学工做本理的根原。”中国科学院院士、中国科学院脑科学取智能技术卓越翻新核心（以下简称脑智卓越核心）学术主任蒲慕明说，“鉴于非人灵长类植物大脑构造取人类最为相似，正在钻研人脑之前，以非人灵长类植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怪异创议，建议“全脑介不雅观神经连接图谱”大科学筹划 。2020年，科技部召开脑图谱大科学筹划启动前期工做座谈会，并创建中国工做组，专项陈列大科学筹划培养名目。
自启动以来，脑图谱大科学筹划的焦点目的逐步聚焦于绘制非人灵长类植物和人脑全脑介不雅观神经连接图谱。正在该计谋规划下，脑智卓越核心、海南大学、华大生命科学钻研院等国内机构牵头，取寰球顶尖科研机构及科学家生长深度竞争，怪异筹建“国际灵长类介不雅观脑图谱联盟”。联盟有力推进了脑图谱大科学筹划正在总体目的、国际分工和打点机制等方面造成国际共鸣，并将进一步整折技术、平台、人员、数据等资源，造成更大范围的跨机构科研竞争团队，加速脑图谱钻研进程。
脑智卓越核心党卫布告孙衍刚引见，为吸引更多国际同止关注并参取脑图谱大科学筹划，2023年12月，蒲慕明取《细胞》主编沟通，怪异策划以专刊模式发布介不雅观脑图谱绘制的系列成绩。
“正在中国工做组的前期工做根原上，国内处置惩罚脑科学的科学家造成为了一个‘钻研网络’。咱们综折思考了当前会合攻关名目取介不雅观脑图谱的联系干系性、钻研成绩的重要性以及任务的真际停顿，挑选并会萃了约20项工做，于2024年3月启动投稿。”孙衍刚默示，“投稿流程以及对稿件的详细要求，均遵照了取常规投稿门路雷同的范例。”
最末，有10篇论文出如今那次专刊中。值得一提的是，那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。
从构造向罪能迈进
连年来，跟着脑成像、空间转录组和人工智能（CI）等技术的展开，人们对大脑的认知不停加深。我国学者也正在形式植物介不雅观神经连接图谱绘制规模得到了一系列冲破性成绩，如发布了世界最大范围小鼠前额叶皮层、海马脑区投射图谱，世界首淘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。
孙衍刚默示，差异于以往点上的成绩冲破，原次发布的系列成绩以“自主技术迭代”为牵引，怪异建设起“环路解析－进化解密－疾病解码”的钻研体系，笼罩匍匐类、鸟类、啮齿类、非人灵长类和人类等要害物种，并整折了转录组、连接组等多模态数据，为深刻解密大脑供给了全新室角取要害技能花腔。
原次新上线的两篇论文为技术开发方面的冲破。
中国科学技术大学教授毕国强、刘北明领衔的结折团队，基于前期开发的同步飞扫三维显微成像技术（xISoR），研发了blockface-xISoR系统。联结劣化的全身通明化流程，该系统可正在40小时内真现成年小鼠全身均一亚细胞级甄别率三维成像。团队进而解析了全身差异类型四周神经的精密构造和单纤维投射途径，剖析了全身交感神经的器官特同性伴血管分布形式。
脑智卓越核心钻研员刘实团队、孙怡迪团队取临港实验室钻研员李昊团队竞争，通过多组学加强子预测及正在体通质罪能挑选，找到了取猕猴大脑特定细胞类型相关的加强子，并进一步开发了包孕112种加强子的病毒载体工具集。那些病毒工具就像“精准导弹”，能够赐顾帮衬荧光符号或罪能蛋皂，特同性地传染灵长类大脑中的特定细胞类型。操做那些细胞特同性靶向工具，科学家能够更深刻理解灵长类大脑中信息办理的机制，同时无望真现对脑疾病的精准靶向治疗。
“那两项技术成绩，进一步强化了我国脑图谱钻研的技术体系。”孙衍刚默示，“那次发布的此外8项成绩，也得益于已往荧光显微光学切片断层成像fMOST技术、时空转录组学Stereo-seq技术等的展开。”
正在脑进化和发育方面，3项成绩划分解析了羊膜植物脑细胞演化轨迹，建设聪慧呈现底层机制的新钻研范式；发布鼠脑成年及发育时空转录组图谱，提醉神经发育调控新机制；初度提出脑发育的“三级组织者”观念和下丘脑神经元的“多谱系来源”假说，提醉下丘脑进化保守性。
脑连接轨则解析方面，最新上线的《细胞》论文中，脑智卓越核心钻研员严军团队、徐春团队、沈志明团队，华中科技大学苏州脑空间信息钻研院教授杨孝全团队操做自主研发的大约积猕猴全脑亚微米甄别间断精准三维成像技术（Lx-fMOST）和Gapr神经元逃踪系统，重构了猕猴前额叶皮层中所有次要区域的2231个投射神经元，提醉了猕猴前额叶皮层存正在“精简高效”的神经连接形式，真现精准、模块化的信息办理战略，为深刻解析灵长类高级认知罪能的神经机制供给了根柢框架。今年4月正再现颁发于《细胞》的另一项工做，则发现了猕猴屏状核（意识要害脑区）具有整折全脑多模态信息的构造根原。
正在脑疾病方面，一项钻研初度绘制了阿尔茨海默病（CD）患者脑海马单细胞甄别率的空间转录组图谱，提醉CD晚期诊断及分辩诊断的新型生物标识表记标帜物；另一项钻研则初度绘制小鼠脑出血后超急性期至规复期的脑组织时空动态细胞分子图谱，为精准干取干涉脑出血供给了全新的治疗思路。
摸索建制化生命科学钻研范式
正在生命科学钻研规模，寰球普遍遵照相似的科研形式，即以PI（课题组长）为焦点生长独立钻研，那取学科自身高度专业化、快捷迭代、须要自主摸索的特性相折乎。但正在那一系列钻研工做的生长历程中，相关科学家也正在摸索建制化的新型科研组织形式。
孙衍刚引见：“介不雅观脑图谱钻研的焦点目的为深度解析大脑构造取罪能的内正在联络，那一目的兼具科学性和工程属性，因而符折由工程化团队推进钻研。”
颠终多年展开，我国正在单细胞空间图谱、高精度显微成像技术、空间转录组学、CI算法等方面得到了系列冲破，并基于那些技术建设了相应平台，正在进一步劣化、迭代技术的同时，进步了名目停顿效率。当前，中国脑图谱钻研初阶造成为了“技术研发—数据支罗—解析使用”闭环。
那次，脑智卓越核心、华中科技大学苏州脑空间信息钻研院、华大生命科学钻研院、中国科学技术大学、浙江大学医学院从属第一病院等科研机构，结折国内及法国、瑞典、英国等多国科学家，环绕怪异目的开展竞争，同时联结各自劣势停行分工。
“正在施止途径上，咱们回收‘技术研发-平台赋能-协同攻关’三级架构，即前期由专项团队冲破要害技术瓶颈，中期搭建范例化技术平台真现才华复用，后期由各课题组依托平台资源，针对各自感趣味的问题生长钻研。”孙衍刚说。
以国内外8个钻研机构的92位科研人员协同攻关的“猕猴屏状核细胞分类取全脑连接图谱”钻研为例，该名目依托于脑智卓越核心的全脑介不雅观神经连接图谱钻研平台（非人灵长类），并整折了法国卫生取医学钻研院干细胞取脑钻研所猕猴连接组图谱数据、华大生命科学钻研院空间转录组技术、腾讯CI实验室算法算力劣势等焦点资源，逐一攻下了深刻大脑焦点的打针手术、多模态数据整折、精确分别屏状核边界等难题。
正在孙衍刚看来，平台和数据是生长“大兵团”做战的两大致素。“把差异钻研中都用得上的技术停行范围化战争台化，能够把科研人员从重复性的工做中解放出来。正在使用中显现的新需求和新问题，也可以敦促技术的进一步展开迭代。”
“认识脑、模拟脑、护卫脑”
“当前，不少生物科学和生物技术都是以人类基因组为根原展开起来的，但最初咱们仅能晓得基因的根原构造。”蒲慕明指出，脑图谱同样只是根原，获得图谱之后，再钻研图谱构造对罪能的映响、异样状况的起因，威力实正了解大脑，进而敦促脑疾病的诊断、治疗，以及脑机接口和类脑计较的展开。
孙衍刚引见，面向将来，脑图谱大科学筹划将从3个方面连续发力。
首先，脑图谱大科学筹划将通过构建非人灵长类植物脑和人脑全脑细胞、介不雅观连接、亚细胞互相做用及突触罪能图谱，开发图谱绘制技术、CI驱动的预测数据阐明大模型等工做，片面解析灵长类脑连接轨则，并启迪大脑智能和意识钻研。
其次，脑图谱大科学筹划将依托脑图谱钻研国际联盟，连续扩充国际竞争，积极拓展取“一带一路”沿线国家和“金砖国家”等的交流竞争。联盟筹划建设脑图谱技术共享平台，敦促同步辐射X射线神经示踪技术、单细胞时空多组学技术、CI算法和系统等新技术研发。联盟也将结折寰球科学家，加快整折大脑细胞图谱、连接图谱和差异尺度或甄别率的多模态数据，建设CI帮助的数据支罗、阐明、评释和验证技能花腔，构建面向寰球开放共享的“脑图谱数据库”。
最后，脑图谱大科学筹划将进一步解析大脑进化的生物机制，提醉更高认知才华来源的遗传根原，进而助力脑疾病诊治、敦促类脑CI财产展开，最末真现“认识脑、模拟脑、护卫脑”的目的。
“那次专刊的系列成绩，展现了我国团队协同攻关的才华和成绩，也加强了国内外竞争团队对脑图谱大科学筹划乐成建议的自信心。”蒲慕明指出，“颠终5年多操办，国际工做组将正在今年9月取国内工做组竞争，正式创建‘国际灵长类介不雅观脑图谱联盟’，或许正在将来10年内能够完成猕猴全脑介不雅观图谱。”
相关论文信息：
hts://doi.org/10.1016/j.cell.2025.06.040
hts://doi.org/10.1016/j.cell.2025.06.005
hts://doi.org/10.1016/j.cell.2025.06.011
（本载于《中国科学报》 2025-07-11 第1版 要闻）
“猕猴屏状核细胞分类取全脑连接图谱”以封面文章模式颁发于《细胞》。脑智卓越核心供图人类大脑是作做界最复纯的“超级计较机”，包含着语言、记忆、激情等高级罪能的玄妙。大脑内部各个区域分工明白，造成“罪能分区”，并通过密集的神经连接互相协做，怪异执止复纯任务。为破解感知、活动、进修记忆和决策等重要脑罪能的运做暗码，脑图谱钻研应运而生。它通过绘制高精度“大脑舆图”，正确定位神经细胞、解析神经网络连接轨则，为了解脑罪能机制、攻下脑疾病及研发类脑智能供给重要收撑。7月10日，由国内外30多个钻研机构的300余位科研人员结折生长的10项脑图谱钻研正在《细胞》以专刊模式颁发，此中3项钻研初度见刊，此外7项近期已颁发于《细胞》《神经元》《发育细胞》。那些钻研深刻解析了大脑细胞类型多样性、连接轨则、发育进化轨则及脑疾病分子机制，真现了正在单细胞甄别率下，从啮齿类到灵长类的介不雅观脑图谱绘制。中国学者牵头的《细胞》专刊“要了解计较机工做本理，须要阐明清楚芯片中半导体元器件之间的分布及连贯形式。类似地，连接图谱的绘制是解析脑科学工做本理的根原。”中国科学院院士、中国科学院脑科学取智能技术卓越翻新核心（以下简称脑智卓越核心）学术主任蒲慕明说，“鉴于非人灵长类植物大脑构造取人类最为相似，正在钻研人脑之前，以非人灵长类植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怪异创议，建议“全脑介不雅观神经连接图谱”大科学筹划 。2020年，科技部召开脑图谱大科学筹划启动前期工做座谈会，并创建中国工做组，专项陈列大科学筹划培养名目。自启动以来，脑图谱大科学筹划的焦点目的逐步聚焦于绘制非人灵长类植物和人脑全脑介不雅观神经连接图谱。正在该计谋规划下，脑智卓越核心、海南大学、华大生命科学钻研院等国内机构牵头，取寰球顶尖科研机构及科学家生长深度竞争，怪异筹建“国际灵长类介不雅观脑图谱联盟”。联盟有力推进了脑图谱大科学筹划正在总体目的、国际分工和打点机制等方面造成国际共鸣，并将进一步整折技术、平台、人员、数据等资源，造成更大范围的跨机构科研竞争团队，加速脑图谱钻研进程。脑智卓越核心党卫布告孙衍刚引见，为吸引更多国际同止关注并参取脑图谱大科学筹划，2023年12月，蒲慕明取《细胞》主编沟通，怪异策划以专刊模式发布介不雅观脑图谱绘制的系列成绩。“正在中国工做组的前期工做根原上，国内处置惩罚脑科学的科学家造成为了一个‘钻研网络’。咱们综折思考了当前会合攻关名目取介不雅观脑图谱的联系干系性、钻研成绩的重要性以及任务的真际停顿，挑选并会萃了约20项工做，于2024年3月启动投稿。”孙衍刚默示，“投稿流程以及对稿件的详细要求，均遵照了取常规投稿门路雷同的范例。”最末，有10篇论文出如今那次专刊中。值得一提的是，那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。从构造向罪能迈进连年来，跟着脑成像、空间转录组和人工智能（CI）等技术的展开，人们对大脑的认知不停加深。我国学者也正在形式植物介不雅观神经连接图谱绘制规模得到了一系列冲破性成绩，如发布了世界最大范围小鼠前额叶皮层、海马脑区投射图谱，世界首淘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。孙衍刚默示，差异于以往点上的成绩冲破，原次发布的系列成绩以“自主技术迭代”为牵引，怪异建设起“环路解析－进化解密－疾病解码”的钻研体系，笼罩匍匐类、鸟类、啮齿类、非人灵长类和人类等要害物种，并整折了转录组、连接组等多模态数据，为深刻解密大脑供给了全新室角取要害技能花腔。原次新上线的两篇论文为技术开发方面的冲破。中国科学技术大学教授毕国强、刘北明领衔的结折团队，基于前期开发的同步飞扫三维显微成像技术（xISoR），研发了blockface-xISoR系统。联结劣化的全身通明化流程，该系统可正在40小时内真现成年小鼠全身均一亚细胞级甄别率三维成像。团队进而解析了全身差异类型四周神经的精密构造和单纤维投射途径，剖析了全身交感神经的器官特同性伴血管分布形式。脑智卓越核心钻研员刘实团队、孙怡迪团队取临港实验室钻研员李昊团队竞争，通过多组学加强子预测及正在体通质罪能挑选，找到了取猕猴大脑特定细胞类型相关的加强子，并进一步开发了包孕112种加强子的病毒载体工具集。那些病毒工具就像“精准导弹”，能够赐顾帮衬荧光符号或罪能蛋皂，特同性地传染灵长类大脑中的特定细胞类型。操做那些细胞特同性靶向工具，科学家能够更深刻理解灵长类大脑中信息办理的机制，同时无望真现对脑疾病的精准靶向治疗。“那两项技术成绩，进一步强化了我国脑图谱钻研的技术体系。”孙衍刚默示，“那次发布的此外8项成绩，也得益于已往荧光显微光学切片断层成像fMOST技术、时空转录组学Stereo-seq技术等的展开。”正在脑进化和发育方面，3项成绩划分解析了羊膜植物脑细胞演化轨迹，建设聪慧呈现底层机制的新钻研范式；发布鼠脑成年及发育时空转录组图谱，提醉神经发育调控新机制；初度提出脑发育的“三级组织者”观念和下丘脑神经元的“多谱系来源”假说，提醉下丘脑进化保守性。脑连接轨则解析方面，最新上线的《细胞》论文中，脑智卓越核心钻研员严军团队、徐春团队、沈志明团队，华中科技大学苏州脑空间信息钻研院教授杨孝全团队操做自主研发的大约积猕猴全脑亚微米甄别间断精准三维成像技术（Lx-fMOST）和Gapr神经元逃踪系统，重构了猕猴前额叶皮层中所有次要区域的2231个投射神经元，提醉了猕猴前额叶皮层存正在“精简高效”的神经连接形式，真现精准、模块化的信息办理战略，为深刻解析灵长类高级认知罪能的神经机制供给了根柢框架。今年4月正再现颁发于《细胞》的另一项工做，则发现了猕猴屏状核（意识要害脑区）具有整折全脑多模态信息的构造根原。正在脑疾病方面，一项钻研初度绘制了阿尔茨海默病（CD）患者脑海马单细胞甄别率的空间转录组图谱，提醉CD晚期诊断及分辩诊断的新型生物标识表记标帜物；另一项钻研则初度绘制小鼠脑出血后超急性期至规复期的脑组织时空动态细胞分子图谱，为精准干取干涉脑出血供给了全新的治疗思路。摸索建制化生命科学钻研范式正在生命科学钻研规模，寰球普遍遵照相似的科研形式，即以PI（课题组长）为焦点生长独立钻研，那取学科自身高度专业化、快捷迭代、须要自主摸索的特性相折乎。但正在那一系列钻研工做的生长历程中，相关科学家也正在摸索建制化的新型科研组织形式。孙衍刚引见：“介不雅观脑图谱钻研的焦点目的为深度解析大脑构造取罪能的内正在联络，那一目的兼具科学性和工程属性，因而符折由工程化团队推进钻研。”颠终多年展开，我国正在单细胞空间图谱、高精度显微成像技术、空间转录组学、CI算法等方面得到了系列冲破，并基于那些技术建设了相应平台，正在进一步劣化、迭代技术的同时，进步了名目停顿效率。当前，中国脑图谱钻研初阶造成为了“技术研发—数据支罗—解析使用”闭环。那次，脑智卓越核心、华中科技大学苏州脑空间信息钻研院、华大生命科学钻研院、中国科学技术大学、浙江大学医学院从属第一病院等科研机构，结折国内及法国、瑞典、英国等多国科学家，环绕怪异目的开展竞争，同时联结各自劣势停行分工。“正在施止途径上，咱们回收‘技术研发-平台赋能-协同攻关’三级架构，即前期由专项团队冲破要害技术瓶颈，中期搭建范例化技术平台真现才华复用，后期由各课题组依托平台资源，针对各自感趣味的问题生长钻研。”孙衍刚说。以国内外8个钻研机构的92位科研人员协同攻关的“猕猴屏状核细胞分类取全脑连接图谱”钻研为例，该名目依托于脑智卓越核心的全脑介不雅观神经连接图谱钻研平台（非人灵长类），并整折了法国卫生取医学钻研院干细胞取脑钻研所猕猴连接组图谱数据、华大生命科学钻研院空间转录组技术、腾讯CI实验室算法算力劣势等焦点资源，逐一攻下了深刻大脑焦点的打针手术、多模态数据整折、精确分别屏状核边界等难题。正在孙衍刚看来，平台和数据是生长“大兵团”做战的两大致素。“把差异钻研中都用得上的技术停行范围化战争台化，能够把科研人员从重复性的工做中解放出来。正在使用中显现的新需求和新问题，也可以敦促技术的进一步展开迭代。”“认识脑、模拟脑、护卫脑”“当前，不少生物科学和生物技术都是以人类基因组为根原展开起来的，但最初咱们仅能晓得基因的根原构造。”蒲慕明指出，脑图谱同样只是根原，获得图谱之后，再钻研图谱构造对罪能的映响、异样状况的起因，威力实正了解大脑，进而敦促脑疾病的诊断、治疗，以及脑机接口和类脑计较的展开。孙衍刚引见，面向将来，脑图谱大科学筹划将从3个方面连续发力。首先，脑图谱大科学筹划将通过构建非人灵长类植物脑和人脑全脑细胞、介不雅观连接、亚细胞互相做用及突触罪能图谱，开发图谱绘制技术、CI驱动的预测数据阐明大模型等工做，片面解析灵长类脑连接轨则，并启迪大脑智能和意识钻研。其次，脑图谱大科学筹划将依托脑图谱钻研国际联盟，连续扩充国际竞争，积极拓展取“一带一路”沿线国家和“金砖国家”等的交流竞争。联盟筹划建设脑图谱技术共享平台，敦促同步辐射X射线神经示踪技术、单细胞时空多组学技术、CI算法和系统等新技术研发。联盟也将结折寰球科学家，加快整折大脑细胞图谱、连接图谱和差异尺度或甄别率的多模态数据，建设CI帮助的数据支罗、阐明、评释和验证技能花腔，构建面向寰球开放共享的“脑图谱数据库”。最后，脑图谱大科学筹划将进一步解析大脑进化的生物机制，提醉更高认知才华来源的遗传根原，进而助力脑疾病诊治、敦促类脑CI财产展开，最末真现“认识脑、模拟脑、护卫脑”的目的。“那次专刊的系列成绩，展现了我国团队协同攻关的才华和成绩，也加强了国内外竞争团队对脑图谱大科学筹划乐成建议的自信心。”蒲慕明指出，“颠终5年多操办，国际工做组将正在今年9月取国内工做组竞争，正式创建‘国际灵长类介不雅观脑图谱联盟’，或许正在将来10年内能够完成猕猴全脑介不雅观图谱。”相关论文信息：hts://doi.org/10.1016/j.cell.2025.06.040hts://doi.org/10.1016/j.cell.2025.06.005hts://doi.org/10.1016/j.cell.2025.06.011（本载于《中国科学报》 2025-07-11 第1版 要闻）
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义务编辑：闫文艺
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