科技日報北京11月5日電 （記者張夢然）全球多機構(gòu)科學家聯(lián)合繪制出首個迄今最詳細的跨物種哺乳動物腦細胞發(fā)育圖譜，為人類理解大腦早期形成過程和神經(jīng)發(fā)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(fā)育過程中如何出現(xiàn)、遷移、成熟并建立復雜網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵機制，標志著腦科學研究進入新階段。研究成果以12篇論文的形式發(fā)表于最新的《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(jīng)發(fā)育疾病影響，而自閉癥和注意力缺陷多動障礙的診斷率持續(xù)上升，使得深入理解大腦發(fā)育關(guān)鍵期變得尤為迫切。
該研究來自BRAIN計劃細胞網(wǎng)絡(luò)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(gòu)團隊整合了單細胞基因組學、空間轉(zhuǎn)錄組學和先進成像技術(shù)，構(gòu)建了跨越多個物種、貫穿發(fā)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(jīng)元，這類細胞如同大腦的“剎車系統(tǒng)”，調(diào)控神經(jīng)活動，維持不同腦區(qū)之間的協(xié)調(diào)，對運動、記憶和情緒管理至關(guān)重要。研究團隊分析了超過120萬個細胞的數(shù)據(jù)，構(gòu)建了迄今最完整的GABA能神經(jīng)元發(fā)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(fā)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(fā)育軌跡，構(gòu)建了完整的細胞類型分化樹。結(jié)果表明，腦細胞的多樣化并未在出生前完成，而是在出生后的關(guān)鍵時期持續(xù)進行，尤其是在動物首次睜眼、開始接收視覺信息時。這說明后天經(jīng)驗，如視覺、聽覺和與環(huán)境的互動，對大腦結(jié)構(gòu)的塑造具有深遠影響。這一發(fā)現(xiàn)強調(diào)了早期感官輸入的重要性，并表明在發(fā)育的敏感階段，通過環(huán)境干預(yù)仍有可能糾正或改善異常的神經(jīng)回路。
此外，團隊還利用名為BARseq的高精度空間基因測序技術(shù)，繪制了大腦皮層中數(shù)百萬神經(jīng)元的基因表達圖譜。他們發(fā)現(xiàn)，不同神經(jīng)元類型的組合構(gòu)成獨特的“細胞特征”，能夠精確定義大腦區(qū)域。研究證實，感官體驗在大腦區(qū)域特化過程中扮演關(guān)鍵角色，進一步揭示了基因與環(huán)境在發(fā)育中的協(xié)同作用。
加州大學舊金山分校神經(jīng)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(fā)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(chǔ)上深入探索發(fā)育階段，對于揭示神經(jīng)發(fā)育障礙的脆弱環(huán)節(jié)和潛在致病機制至關(guān)重要?！?/p>
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，為研究自閉癥、精神分裂癥等起源于發(fā)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辟了新路徑，有望推動神經(jīng)發(fā)育障礙的早期診斷與精準干預(yù)。
