跨物种哺乳动物脑细胞发育图谱绘成

科技日报记者 张梦然

全球多机构科学家联合绘制出首个迄今最详细的跨物种哺乳动物脑细胞发育图谱，为人类理解大脑早期形成过程和神经发育障碍的起源提供了前所未有的详细参考。这项里程碑式的工作，覆盖从小鼠到人类的多种哺乳动物，揭示了脑细胞在发育过程中如何出现、迁移、成熟并建立复杂网络的关键机制，标志着脑科学研究进入新阶段。研究成果以12篇论文的形式发表于最新的《自然》系列期刊。

全球约15%的儿童和青少年受认知、沟通、行为或精神运动障碍等神经发育疾病影响，而自闭症和注意力缺陷多动障碍的诊断率持续上升，使得深入理解大脑发育关键期变得尤为迫切。

该研究来自BRAIN计划细胞网络图谱（BICAN），包括美国加利福尼亚大学旧金山分校、艾伦脑科学研究所等多家机构团队整合了单细胞基因组学、空间转录组学和先进成像技术，构建了跨越多个物种、贯穿发育全过程的脑细胞图谱。

在其中一项研究中，科学家聚焦小鼠端脑中的GABA能抑制性神经元，这类细胞如同大脑的“刹车系统”，调控神经活动，维持不同脑区之间的协调，对运动、记忆和情绪管理至关重要。研究团队分析了超过120万个细胞的数据，构建了迄今最完整的GABA能神经元发育“家谱”，揭示了这些细胞从出生地长距离迁移到最终功能位置的过程，有些甚至跨越整个大脑。这一成果将推动开发出更具针对性的疗法。

另一项研究追踪了小鼠视觉皮层中超过77万个单细胞从胚胎期到成年初期的发育轨迹，构建了完整的细胞类型分化树。结果表明，脑细胞的多样化并未在出生前完成，而是在出生后的关键时期持续进行，尤其是在动物首次睁眼、开始接收视觉信息时。这说明后天经验，如视觉、听觉和与环境的互动，对大脑结构的塑造具有深远影响。这一发现强调了早期感官输入的重要性，并表明在发育的敏感阶段，通过环境干预仍有可能纠正或改善异常的神经回路。

此外，团队还利用名为BARseq的高精度空间基因测序技术，绘制了大脑皮层中数百万神经元的基因表达图谱。他们发现，不同神经元类型的组合构成独特的“细胞特征”，能够精确定义大脑区域。研究证实，感官体验在大脑区域特化过程中扮演关键角色，进一步揭示了基因与环境在发育中的协同作用。

加州大学旧金山分校神经外科副教授托马斯·诺瓦科夫斯基博士表示：“理解大脑如何发育是一个长期悬而未决的科学难题。在成人大脑研究的基础上深入探索发育阶段，对于揭示神经发育障碍的脆弱环节和潜在致病机制至关重要。”

哥伦比亚大学精神病学系主任约书亚·戈登博士评价称，这些图谱不仅是重大科学成就，更是不可或缺的参考资料，为研究自闭症、精神分裂症等起源于发育期的疾病提供了坚实框架。这一系列成果为未来脑健康研究开辟了新路径，有望推动神经发育障碍的早期诊断与精准干预。