我们的脑袋里究竟装的是什么？大脑是如何实现思考、感知、记忆等功能的？大脑是人体最复杂和精密的器官，也是人类身体最后一个“黑匣子”，破解大脑的奥秘始终是国际脑科学研究的前沿热点。

近日，中国科学家联合发布了为大脑绘制“高清地图”的系列成果：中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（以下简称“脑智中心”）、华中科技大学苏州脑空间信息研究院、华大生命科学研究院等国内科研机构，联合法国、瑞典、英国等多国科学家，实现了单细胞分辨率的脑图谱绘制从啮齿类到灵长类的跨越。10项成果以专题论文集的形式集中发表在《细胞》等国际顶尖学术期刊，这也是《细胞》系列期刊首次以专辑形式集中发表来自中国脑科学领域的研究论文。

中国科学院院士、脑智中心主任蒲慕明介绍：“这次发布的成果不仅有论文，还有数据库、数据资源和技术平台，这将为理解人类大脑奥秘提供坚实基础。”

脑图谱——大脑的“活点地图”

想象一下，你的大脑是一座拥有千万亿人口的  “超级城市”：860亿神经元市民在此定居，数万亿神经纤维组成立体交通网，信号传递如地铁飞驰。而脑图谱就是这座城市的“高德地图+城市规划图”，不仅能标注出“中央沟大街”“海马记忆广场”等区域，还能显示“多巴胺快递员”的派送路线和“记忆编码电路”的铺设路径。

1909年，德国神经学家布洛德曼率先画起“大脑地图”，他手绘了大脑的第一版“城市分区图”——布洛德曼分区。

但布洛德曼分区就像用毛笔画的古代舆图：只把大脑皮层粗分为52个区，连“方言片区”（功能亚区）都分不清。此后，给人脑绘制一张高清地图成为科学界的终极目标之一。

然而哺乳动物大脑的复杂性超乎想象，人脑包含近千亿神经元和上万亿神经连接，且具有高度的多样性、动态演化特性和物种差异，大脑地图绘制面临着巨大挑战。

随着单细胞多组学测序、高通量全脑成像、新型生物信息学工具和人工智能等技术突破，人类希望把脑图谱从布洛德曼的“手绘草图”升级为高清的“脑图谱”。此次系列成果实现了单细胞分辨率的脑图谱绘制从啮齿类到灵长类的跨越。

在本次发布的成果中，中国科大团队开发了Blockface-VISoR技术，相当于给小鼠做“全身高清CT”。40小时扫完全身，连神经末梢和毛细血管都清晰可见，并发现胸段脊神经元竟会“跨街区串门”（跨节段投射）。

利用自主研发的大体积猕猴全脑亚微米分辨连续精准三维成像技术（LV-fMOST）和Gapr神经元追踪系统，脑智中心团队重构了猕猴前额叶皮层中的2231个投射神经元，首次绘制出猕猴前额叶皮层单细胞分辨率的全脑联接图谱，发现了一系列非常重要、有趣的成果：“猕猴前额叶皮层的神经联接模式比小鼠的‘精简高效’多了。”苟凌峰形象地比喻，灵长类的大脑像人员多但分工明确的“大公司”，而小鼠大脑则像人员少需身兼多职的“小公司”。这颠覆了“物种越高等，单神经元连接越复杂”的传统认知。

这张图是医学与科技的刚需

脑图谱研究是美国脑计划、欧盟脑计划、日本脑计划的重要组成部分，我国科学家也提出了脑图谱大科学计划。

为何各国都如此重视这张大脑地图？因为这张图是未来医学与科技的刚需。

这张图为脑疾病的精准诊断与干预提供了“导航系统”。以阿尔茨海默病（AD）为例，患者脑内的“淀粉样蛋白垃圾”常沉积在“记忆仓库”——海马区域。传统影像如模糊监控录像，只能发现“仓库失火”；而单细胞分辨率图谱却能精准定位“哪个货架先倒塌”，为早期治疗提供分子坐标。浙江大学医学院附属第一医院章京教授和浙江大学医学院段树民院士团队，率先在全球范围内成功绘制了正常人及AD患者海马体的单细胞分辨率的空间转录组图谱，填补了该领域的研究空白。有了这张高精度“大脑地图”，科学界终于可以“按图索骥”，深入解析AD的发病机制，为精准医学打开了新路径。

另一项由郑州大学基础医学院王建教授团队精心绘制的小鼠脑出血空间转录组图谱显示：脑出血所引发的，远不止是出血脑区的局部性病变，更会触发一场涉及全脑的广泛反应。这犹如火灾，虽起于一隅，却足以蔓延并波及整片区域。该研究首次成功绘制出小鼠脑出血后的动态时空图谱，为脑出血领域的新药研发与精准治疗策略的制定提供了至关重要的参考依据。

这张图也是脑机接口的施工蓝图。想用意念操控机械臂？得先知道“运动指令”从大脑哪层楼发出。我国绘制的猕猴前额叶图谱发现：神经连接竟像互联网——采用“模块化布线”，用少量骨干线路高效传输信息。脑图谱成果有望帮助优化脑机接口电极的“埋线选址”。

这张图还是类脑AI的仿生教科书。人脑耗能仅20瓦，却能处理超级计算机的运算。“精简高效”的神经连接模式，正启发科学家设计新一代芯片。就像模仿鸟翅造飞机，AI也将从脑图谱中偷师“节能算法”。

“脑图谱研究的价值远超科学本身。”蒲慕明介绍，“我们的脑计划比其他国家，尤其欧美的脑计划更为广泛、更为全面。除了基础脑科学以外，我们很重视它的实际应用，就是在脑疾病的诊断治疗方面，还有对新一代类脑人工智能方面的推动，包括脑机接口方面的推动。”

当前，我国脑图谱大科学计划的研究目标已从小型动物迈进到绘制非人灵长类介观脑图谱的关键阶段，稳步向着绘制人脑介观图谱这一最高目标迈进。

多国联机，脑图谱“地球村”将上线

灵长类大脑神经细胞特异性标记、调控和观察工具集用增强子AAV病毒载体当“神经快递员”，精准投递荧光标记蛋白到特定细胞中，实现特定细胞类型的靶向结构及功能研究；猕猴屏状核空间转录组与全脑联接图谱首次定位“意识开关”屏状核的全球神经线路……中国脑图谱研究成果在顶刊十连发，这也是中国脑计划自2021年实施以来，第一次向全球学术界集中展示研究成果。

“系列成果由国内外30多家科研机构组成的超过300人的团队共同完成，充分展现了国际团队协同攻关的能力和成果，标志着脑图谱大科学计划的时机已经成熟。”脑智中心副主任孙衍刚介绍。

如果把人脑的每个区域比作一个地区，那绘制人脑图谱就相当于绘制一张大脑“世界地图”。在孙衍刚看来，此次成果的集中发布是绘制这张大脑“世界地图”的起点。

灵长类脑图谱研究工程浩大、周期长、数据量惊人，绘制大脑“世界地图”，需要联合更多国际同行共同参与。蒲慕明院士计划于今年9月牵头成立国际介观脑图谱联盟，“我们希望在10年之内，完全把猕猴的全脑联接图谱搞清楚，完全把猕猴的各个脑区所有种类的神经元全脑的联接做出来，更进一步理解人脑的功能，包括解决脑疾病的问题。希望这个计划完成之后，我们能够把阿尔茨海默病的发病年龄推迟5到10年，这是我们的目标。”蒲慕明说。

下一步，脑图谱大科学计划将依托脑图谱研究国际联盟，持续扩大国际合作，积极拓展与“一带一路”“金砖国家”等的交流合作；建立脑图谱技术共享平台，推动同步辐射X射线神经示踪技术、单细胞时空多组学技术、AI算法和系统等新技术研发；整合大脑细胞图谱、联接图谱和不同尺度或分辨率的多模态数据，建立AI辅助的数据采集、分析、解释和验证体系，构建面向全球开放共享的“脑图谱数据库”，推动实现“认识脑、模拟脑、保护脑”的宏伟目标。

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