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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。一組國際科學家繪制了人類大腦和非人靈長類大腦的基因、細胞和結構組成圖譜。通過美國國立衛生研究院（National Institutes of Health）的"腦研究促進創新神經技術計劃"的資助，科學家們對大腦結構有了更深入的了解，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。這項研究是腦神經元計劃（BRAIN Initiative）的一部分，共發表了 24 篇論文，有望在神經科學領域取得變革性進展。

這些研究成果發表在《科學》（Science）、《科學進展》（Science Advances）和《科學轉化醫學》（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鍵一步，"美國國家精神衛生研究所所長、醫學博士約書亞-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計新療法奠定了基礎，新療法可以針對腦部疾病所涉及的特定腦細胞和腦回路。"

主要發現和見解

在這一最新的大腦激活細胞普查網絡（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雜的多樣性。這些研究發現了人腦和非人靈長類大腦中細胞組織方式和基因調控方式的異同。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，繪制了大腦的轉錄和表觀基因組圖譜。轉錄組是細胞中基因讀數的完整集合，其中包含制造蛋白質和其他細胞產品的指令。表觀基因組指的是細胞 DNA 和染色體的化學修飾，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，發現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，人類血統中基因表達的相對微小變化導致了神經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、學習和變化能力。

一項探索狨猴不同腦區細胞如何變化的研究發現，成年大腦中細胞的特性與這些細胞在發育過程中的特性之間存在聯系。這種聯系表明，發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。這一發現可能會讓人們對整個生命周期的大腦發育和功能有新的認識。

對新皮層最外層神經元的解剖學和生理學的探索揭示了人腦和小鼠大腦的差異，表明這一區域可能是進化的熱點，人類的變化反映了調節人類更復雜的大腦回路的更高要求。

BICCN是一項了解大腦細胞構成的開創性工作，其核心目標是建立大腦細胞的全面清單--它們在哪里、如何發育、如何協同工作以及如何調節其活動，從而更好地了解大腦疾病是如何發展、進展和得到最佳治療的。

美國國立衛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雜性的里程碑式成就。通過 BICCN 建立起來的科學合作正在推動這一領域以指數級的速度向前發展；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未來大腦治療方法邁出的關鍵一步。這些發現還為"大腦神經網絡計劃細胞圖譜網絡"（BRAIN Initiative Cell Atlas Network）奠定了基礎。"大腦神經網絡計劃細胞圖譜網絡"是一個具有變革意義的項目，它與另外兩個大型項目--"大腦神經網絡計劃跨尺度連接"（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，從而徹底改變神經科學研究。

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