导读

大脑研究一直极具挑战，目前我们对人脑的认知还存在许多空白。

10月13日，一项由全球数百名科学家共同参与的研究正试图填补这些空白。

“通过先进神经技术推进大脑研究”（BICCN）计划的科学家发布了史上最大的人类脑细胞图谱，揭示了超过3000种脑细胞类型，其中许多发现都被具有“首创性”。

这项计划在《科学》、《科学进展》和《科学转化医学》等知名期刊上发了21项研究，可见其影响之大。

未来，当我们解析大脑复杂功能和理解相关疾病时，这个图谱或许可以成为一大有力“工具”。

周    晨 | 撰文

破译人类大脑，我们还有多少路要走？

今年9月底，欧洲脑计划（HBP）匆匆收场。10年时间，500科学家，6亿欧元（约47亿人民币），原本致力于用计算机模拟人类大脑的近千亿个神经元以及它们之间100万亿个连接的目标，但最终却因为管理混乱等问题而草草收场。

多年来，许多科学家都试图破译大脑这一复杂而又精密的人类器官。

10月13日，“通过先进神经技术推进大脑研究”（BICCN）计划的科学家公布了一份史上最大人类、非人类灵长类动物脑细胞图谱，其中内含有3000多种细胞类型。这是首个以单细胞水平展示整个人类大脑的图谱，展示了复杂分子间的相互作用。

根据介绍，BICCN是美国大学和非营利研究机构的顶尖研究人员之间的一个广泛合作，受多笔大额资金资助。

为了创建这个庞大的细胞图谱，荷兰乌得勒支大学医学中心的神经科学家金伯利·西莱蒂（Kimberly Siletti）团队通过对整个大脑的106个部位的300万个单一细胞进行了RNA测序，深入研究了脑细胞的多样性和亚型，为整个图谱的建立打下基础。

整项研究一共确定了461个脑细胞大类，其中包括3000多个细胞亚型。

研究人员发现，除了大脑皮层外，神经元的种类非常多样化。尤其是在下丘脑、中脑和后脑，神经元的多样性非常明显，并且与它们不同的功能密切相关。这些神经元的结构不像大脑皮层的神经元那样有明显的分层结构。很多神经元同属于一个超簇，这个超簇会包含不同类型的神经元，包括抑制性和兴奋性神经元。

细胞多样性遍布人类大脑

论文合著者、瑞典卡罗琳斯卡研究所的分子系统生物学家斯滕·林纳松（Sten Linnarsson）提到，在不同的脑区域里，神经元的种类和其他细胞的混合比例也不一样，有些细胞只存在于特定的地方。其中，连接大脑和脊髓的脑干有很多不同类型的神经元。

除了这项研究外，加利福尼亚州洛杉矶拉荷亚索克生物学研究所的分子生物学家约瑟夫·艾克（Joseph Ecker）团队从表观遗传学角度来剖析大脑。团队收集了3名捐赠者的组织样本，在超过50万个单独细胞中分析“开或关”（on or off）基因的化学标记物，让研究团队确定了近200种脑细胞类型。

研究发现，神经元和非神经元之间的染色质接触距离存在明显差异，这对于理解基因调控有很大的帮助。

之后，研究团队构建了一个人类大脑的单细胞DNA甲基化和三维基因组结构图谱，阐明了大脑各部分细胞的特异性以及其多样化的表观遗传学结构。

加州大学圣地亚哥分校的分子生物学家任兵团队发现了某些脑细胞类型与神经类疾病之间的联系，包括躁郁症、抑郁症和精神分裂症等。值得注意的是，任兵团队还首次勾画出数百种不同细胞类型的基因开关。

BICCN团队的下一步计划会加大对大脑各部位的更多细胞的测序力度，任兵透露，研究人员还将通过更多的组织样本来了解人类大脑在不同人群、不同年龄段之间的变化。

对于这项计划的研究工作和对大脑的认识，任兵认为，“这还只是开始”。

参考资料

1.This is the largest map of the human brain ever made.Nature.

2.Transcriptomic diversity of cell types across the adult human brain.Science.

3.Single-cell DNA methylation and 3D genome architecture in the human brain.Science.

4.A comparative atlas of single-cell chromatin accessibility in the human brain.Science.