新的人类大脑图谱是我们迄今为止见过的最详细的图谱

我们比以往任何时候都更接近将整个大脑映射到微观层面。最近，全球数百名神经科学家在美国国立卫生研究院的 BRAIN 计划细胞普查网络中描述了 3,000 多种人类脑细胞类型，并在四本《科学》杂志上发表了近二十篇论文。这种对细节的高度关注可以解开围绕这个复杂器官的许多谜团，例如我们的大脑中发生了什么，以将我们与其他灵长类动物区分开来。

“这是首次大规模、详细描述人类大脑中存在的所有不同种类的细胞，”西雅图艾伦研究所助理研究员丽贝卡·霍奇 (Rebecca Hodge) 说道，她是该论文集的多项研究的合著者。她希望这本大脑图谱能为科学家提供社区资源，以探索各种脑细胞如何影响健康和疾病。

加州大学欧文分校医学院神经学教授马克·麦普斯通 (Mark Mapstone) 并未参与上述研究，他将有关大脑的新数据比作旅游指南。“想象一下，在陌生的城市中，你拿着一张粗略绘制的街道地图，上面只标明了市中心的主要街道；而在同一座城市中，你拿着一张从市中心延伸到郊区的详细地图，上面标明了所有高速公路、双向和单行道、小巷、人行道、路牌和交通信号灯的位置、速度限制以及咖啡店和餐馆的位置，”他说。“显然，后者会让导航和了解城市变得容易得多。”这第一组研究显示了大脑地图在生物学和医学领域的三种主要应用方式。

不断进化的大脑

人类大脑图谱可以让我们了解我们的进化史。今天发表在《科学》杂志上的一项研究使用单核 RNA 测序来测量人类和其他五种灵长类动物（包括黑猩猩和大猩猩）中单个脑细胞的基因表达。在这种方法中，科学家从一块组织中取出单个细胞，将其打开以暴露内部的遗传信使，然后使用类似于微型条形码的标签来识别该物质。“这是一些即将发表的论文中使用的主要技术，也是过去 10 年才出现的一种技术，”霍奇说。获得这种基因图谱使研究人员能够将细胞簇分为特定类型。

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我们的细胞组成和组织与我们近亲的细胞相似。然而，最大的差异似乎发生在大脑中颞叶回区域，该区域负责处理语义记忆和语言。与其他物种相比，人类在这个区域的投射神经元数量更多。此外，研究人员还强调了促进突触可塑性的基因表达差异，突触可塑性是神经元加强大脑连接的能力。这一特征是学习和记忆的重要组成部分，它可能解释了人类如何发展复杂的认知技能。

人类内部也存在一些差异。另一项研究发现，人类之间最大的差异在于免疫细胞小胶质细胞以及深层兴奋性神经元，它们参与大脑远距离区域之间的交流。研究人员并不确定其中的原因——一种理论认为，深层兴奋性神经元发育得更早，更容易受到环境因素的影响，从而导致其基因模式多样化。“每个人的大脑大体相似。尽管我们拥有相同的构造块，但重要的是少数差异，”艾伦研究所高级科学家、这项研究的合著者杰里米·米勒说。“我们现在开始了解这些变化的重要性，并弄清楚是什么让我们成为独一无二的人类。”

动物模型

由于人类大脑与其他哺乳动物有许多共同点，神经学家经常使用小鼠的小脑来研究疾病。米勒说，一个问题是小鼠不会自然地患上人类常见的神经退行性疾病。例如，想要研究阿尔茨海默病的科学家需要操纵多个小鼠基因来引起老年人所见的那种脑部病变。这需要全面了解大脑中细胞类型如何协同工作以及它们在疾病背景下如何变化。

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很多针对小鼠的大脑研究都集中在大脑皮层上，该区域负责高级认知功能。似乎可以合理地假设大脑的大部分细胞复杂性都出现在这里。但事实似乎并非如此。在首次创建整个成人大脑细胞图谱的研究中，神经科学家发现，在较古老的进化结构中存在高度多样性，例如中脑（与运动、视觉和听觉有关）和后脑（控制呼吸和心率等重要身体功能）。在皮层下区域，似乎还有一个名为飞溅神经元的细胞超簇，它们控制着先天行为和生理功能。在动物模型中复制这些特定大脑区域的复杂性有助于更好地识别人类疾病的细胞起源。

个性化医疗

想象一下，未来治疗将根据个人的具体需求量身定制。要做到这一点，科学家将使用个人的基因图谱，而不是体重或年龄等特征来指导任何医疗决策。临床医生还可以利用这些基因信息来识别潜在疾病的风险并提供早期预防措施。

“详细的大脑图谱可以帮助我们了解成功的大脑功能是什么样的，这样我们就可以最大限度地利用促进大脑健康的脑细胞和脑回路，”Mapstone 说。“如果我们知道这些细胞是如何组织的，治疗脑部疾病和促进脑部健康就会更容易实现。”

医生已经在使用人们的基因信息来评估患者是否适合某种癌症治疗或找到合适的药物剂量。这可能很快会包括对神经系统疾病的检测。一项研究分析了神经正常成年人 42 个大脑区域的 110 万个细胞，发现了特定的神经元细胞类型——主要在基底神经节，这是一个与成瘾行为有关的区域——与 19 种神经精神疾病和特征有关。这些疾病包括精神分裂症和躁郁症以及酒精和烟草使用障碍。

米勒表示，该项目是朝着个性化医疗研究的正确方向迈出的一步，但他警告说，这只是让个性化医疗成为每个人现实的众多项目之一。

随着其他团体完成类似的项目，米勒和霍奇乐观地认为，未来五年内将会完成其他版本的人类大脑图谱。

但有可能我们永远无法了解大脑的全貌。虽然米勒认为五年时间是合理的，但他表示，科学总有机会开发出一种新技术，从而发现大脑的意想不到之处。“我们总能做得更多，”他说。

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