我们现在可以前所未有地观察大脑——《华尔街日报》

艾伦脑科学研究所冷冻保存的人类死后脑组织样本。图片来源：埃里克·丁内尔/艾伦研究所一个国际科学家团队于周四公布了有史以来最全面的人类大脑图谱。这项研究为我们长久以来探寻的人类独特性提供了线索，并为理解和最终治疗脑部相关疾病奠定了关键基础。

“这是一个延续了一个多世纪的梦想，“加州大学旧金山分校神经科学家、周四发表在多家科学期刊上的21篇论文中两篇的作者托马什·诺瓦科夫斯基表示，“这就像绘制宇宙地图一样。”

该项目耗资近5亿美元联邦资金，历时10年完成，在本阶段汇集了来自三大洲45个机构的250多名研究人员的贡献。

研究人员使用了手术捐赠或死后捐献的活体人类脑组织。活体组织被切成薄片以研究单个细胞特性，而死后样本则提供了大脑多种特殊细胞的分子特征信息。研究人员对3000多种不同类型的脑细胞进行了分类，并记录了这些细胞从子宫内到成年期的变化过程。

“目标是创建这份正常大脑图谱，让研究各种疾病的人员能够将其作为参考，以极高分辨率理解可能出现问题的地方以及潜在的治疗靶点，“西雅图艾伦研究所高级研究员、多项新研究的作者之一埃德·莱恩表示。

他说，到目前为止，我们就像拥有一张“所有城市都被模糊处理的地图。你能看到州界，但看不清城市，更不用说街道了。”这使得在极其复杂的大脑中导航几乎不可能。

艾伦研究所组织处理团队的研究人员。图片来源：Erik Dinnel/艾伦研究所神经科学家将这项大脑测绘计划比作人类基因组计划——这项由美国国立卫生研究院资助的项目在2003年首次近乎完整地揭示了我们的遗传密码。它耗资27亿美元，数千名科学家投入了超过十年的工作。

这一开创性的科学突破为生物技术产业的建立奠定了基础，并催生了直接面向消费者的基因和家谱服务、癌症及罕见病诊断、法医执法、类似《侏罗纪公园》的灭绝物种复活计划，甚至包括新发表的系列论文中描述的大脑测绘工作。

据某些估计，科学家对太阳系的了解甚至超过了对我们头颅内细胞群及其连接如何塑造个人性格与特殊才能（例如创作催人泪下的音乐，或完成体操中的尤尔琴科双屈体跳马动作）的认知。

我们对大脑结构与功能的认知大多源于对其他物种大脑的研究，这一局限性阻碍了针对阿尔茨海默症、癫痫、精神分裂症、自闭症和抑郁症等常见脑部疾病的有效疗法开发。许多看似前景广阔的疗法未能在动物实验室测试中取得突破，很大程度上是因为神经科学家尚未完全理解人类大脑与小鼠及非人灵长类大脑的本质差异，因此难以高效精准地在动物模型中复现人类疾病。

神经科学家表示，这些新研究通过捕捉大脑间更微妙的差异，或将改变现状。

研究发现，人类与其他哺乳动物的关键区别在于重要脑区细胞的比例——而非细胞类型。虽然某些脑细胞类型为人类独有，但大多数并非如此。利用现有组件构建更复杂的新系统，是生物学和化学中近乎普适的规律，这一现象可追溯至物质的最小单元。

艾伦脑科学研究所的人类死后脑组织样本。图片来源：Erik Dinnel/艾伦研究所大脑由两大细胞家族构成：作为神经生物学研究主角的神经元（负责脑内信息传递），以及长期被忽视、被视为"支持"细胞的神经胶质细胞。这项新研究将胶质细胞推向了舞台中央。

“这些细胞似乎是随进化改变最多的类型，”莱恩表示，“这有点令人意外。”

新研究记录显示，与非人灵长类动物的脑细胞相比，人类神经胶质细胞的基因表达变化比神经元更多。这表明相对微小的变化可能是人类与其他物种认知能力巨大差异的基础。胶质细胞在塑造神经元之间的连接（称为突触）方面起着重要作用，这些连接构成了全脑信息传递和学习的基础。

该研究还揭示了人类个体大脑之间的差异，直至细胞层面。

“这非常令人兴奋，因为它为深入研究不仅是什么让人类大脑独特，还让我们作为个体独一无二打开了大门，”哈佛大学神经科学家保拉·阿洛塔表示，她未参与这些研究。

接下来，根据美国国立卫生研究院BRAIN计划副主任安德烈亚·C·贝克尔-米切纳的说法，目标是描述脑细胞之间的联系，而不仅仅是脑细胞本身。

“这种合作在神经科学领域是前所未有的，”她说。

请致信丹妮拉·埃尔南德斯，邮箱：[email protected]

本文发表于2023年10月13日的印刷版，标题为《新大脑图谱将助力疾病治疗》。