跨物種哺乳動物腦細胞發育圖譜繪成

科技日報記者 張夢然

全球多機構科學家聯合繪製出首個迄今最詳細的跨物種哺乳動物腦細胞發育圖譜，為人類理解大腦早期形成過程和神經發育障礙的起源提供了前所未有的詳細參考。這項里程碑式的工作，覆蓋從小鼠到人類的多種哺乳動物，揭示了腦細胞在發育過程中如何出現、遷移、成熟並建立複雜網絡的關鍵機制，標誌着腦科學研究進入新階段。研究成果以12篇論文的形式發表於最新的《自然》系列期刊。

全球約15%的兒童和青少年受認知、溝通、行為或精神運動障礙等神經發育疾病影響，而自閉症和注意力缺陷多動障礙的診斷率持續上升，使得深入理解大腦發育關鍵期變得尤為迫切。

該研究來自BRAIN計劃細胞網絡圖譜（BICAN），包括美國加利福尼亞大學舊金山分校、艾倫腦科學研究所等多家機構團隊整合了單細胞基因組學、空間轉錄組學和先進成像技術，構建了跨越多個物種、貫穿發育全過程的腦細胞圖譜。

在其中一項研究中，科學家聚焦小鼠端腦中的GABA能抑制性神經元，這類細胞如同大腦的“剎車系統”，調控神經活動，維持不同腦區之間的協調，對運動、記憶和情緒管理至關重要。研究團隊分析了超過120萬個細胞的數據，構建了迄今最完整的GABA能神經元發育“家譜”，揭示了這些細胞從出生地長距離遷移到最終功能位置的過程，有些甚至跨越整個大腦。這一成果將推動開發出更具針對性的療法。

另一項研究追蹤了小鼠視覺皮層中超過77萬個單細胞從胚胎期到成年初期的發育軌跡，構建了完整的細胞類型分化樹。結果表明，腦細胞的多樣化並未在出生前完成，而是在出生後的關鍵時期持續進行，尤其是在動物首次睜眼、開始接收視覺信息時。這説明後天經驗，如視覺、聽覺和與環境的互動，對大腦結構的塑造具有深遠影響。這一發現強調了早期感官輸入的重要性，並表明在發育的敏感階段，通過環境干預仍有可能糾正或改善異常的神經迴路。

此外，團隊還利用名為BARseq的高精度空間基因測序技術，繪製了大腦皮層中數百萬神經元的基因表達圖譜。他們發現，不同神經元類型的組合構成獨特的“細胞特徵”，能夠精確定義大腦區域。研究證實，感官體驗在大腦區域特化過程中扮演關鍵角色，進一步揭示了基因與環境在發育中的協同作用。

加州大學舊金山分校神經外科副教授托馬斯·諾瓦科夫斯基博士表示：“理解大腦如何發育是一個長期懸而未決的科學難題。在成人大腦研究的基礎上深入探索發育階段，對於揭示神經發育障礙的脆弱環節和潛在致病機制至關重要。”

哥倫比亞大學精神病學系主任約書亞·戈登博士評價稱，這些圖譜不僅是重大科學成就，更是不可或缺的參考資料，為研究自閉症、精神分裂症等起源於發育期的疾病提供了堅實框架。這一系列成果為未來腦健康研究開闢了新路徑，有望推動神經發育障礙的早期診斷與精準干預。