科技日報(bào)北京11月5日電 （記者張夢然）全球多機(jī)構(gòu)科學(xué)家聯(lián)合繪制出首個(gè)迄今最詳細(xì)的跨物種哺乳動(dòng)物腦細(xì)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(xì)參考。這項(xiàng)里程碑式的工作，覆蓋從小鼠到人類的多種哺乳動(dòng)物，揭示了腦細(xì)胞在發(fā)育過程中如何出現(xiàn)、遷移、成熟并建立復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵機(jī)制，標(biāo)志著腦科學(xué)研究進(jìn)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(rèn)知、溝通、行為或精神運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(jì)劃細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)圖譜（BICAN），包括美國加利福尼亞大學(xué)舊金山分校、艾倫腦科學(xué)研究所等多家機(jī)構(gòu)團(tuán)隊(duì)整合了單細(xì)胞基因組學(xué)、空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)和先進(jìn)成像技術(shù)，構(gòu)建了跨越多個(gè)物種、貫穿發(fā)育全過程的腦細(xì)胞圖譜。
在其中一項(xiàng)研究中，科學(xué)家聚焦小鼠端腦中的GABA能抑制性神經(jīng)元，這類細(xì)胞如同大腦的“剎車系統(tǒng)”，調(diào)控神經(jīng)活動(dòng)，維持不同腦區(qū)之間的協(xié)調(diào)，對運(yùn)動(dòng)、記憶和情緒管理至關(guān)重要。研究團(tuán)隊(duì)分析了超過120萬個(gè)細(xì)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(xì)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(gè)大腦。這一成果將推動(dòng)開發(fā)出更具針對性的療法。
另一項(xiàng)研究追蹤了小鼠視覺皮層中超過77萬個(gè)單細(xì)胞從胚胎期到成年初期的發(fā)育軌跡，構(gòu)建了完整的細(xì)胞類型分化樹。結(jié)果表明，腦細(xì)胞的多樣化并未在出生前完成，而是在出生后的關(guān)鍵時(shí)期持續(xù)進(jìn)行，尤其是在動(dòng)物首次睜眼、開始接收視覺信息時(shí)。這說明后天經(jīng)驗(yàn)，如視覺、聽覺和與環(huán)境的互動(dòng)，對大腦結(jié)構(gòu)的塑造具有深遠(yuǎn)影響。這一發(fā)現(xiàn)強(qiáng)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(tuán)隊(duì)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(dá)圖譜。他們發(fā)現(xiàn)，不同神經(jīng)元類型的組合構(gòu)成獨(dú)特的“細(xì)胞特征”，能夠精確定義大腦區(qū)域。研究證實(shí)，感官體驗(yàn)在大腦區(qū)域特化過程中扮演關(guān)鍵角色，進(jìn)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(xué)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(gè)長期懸而未決的科學(xué)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(jī)制至關(guān)重要。”
哥倫比亞大學(xué)精神病學(xué)系主任約書亞·戈登博士評價(jià)稱，這些圖譜不僅是重大科學(xué)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(jiān)實(shí)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(dòng)神經(jīng)發(fā)育障礙的早期診斷與精準(zhǔn)干預(yù)。
