Cell | 揭秘意识关键脑区，华大等发布全球首个猕猴屏状核多模态图谱

意识究竟是如何产生的？这个问题困扰了科学家和哲学家数个世纪。DNA双螺旋结构和中心法则提出者Francis Crick认为“屏状核是意识产生的关键区域”。然而，目前科学界对于屏状核却知之甚少，甚至不能准确定义其边界。

2025年4月3日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、华大生命科学研究院、法国国家卫生与医学研究院干细胞与脑研究所、临港实验室、上海脑科学与类脑研究中心、腾讯生命科学实验室等机构共同发布了全球首个非人灵长类屏状核多模态图谱，结合单细胞组、时空组和联接组等多组学数据，揭示了猕猴与啮齿类动物的屏状核结构、细胞类型和分布存在显著性差异，首次证实了屏状核不同功能区内富含特异的神经元，为理解人类意识产生的进化机制提供了新的研究思路，也为语言、精神类疾病的研究和治疗提供了潜在的靶点。相关研究发表于国际顶级学术期刊《细胞》（Cell)。

截图自 Cell 官网

构建首个猕猴屏状核多模态图谱

屏状核是一个薄如纸片的不规则的神经结构，隐藏在大脑外部皱褶的皮质下方的一个神秘区域。它犹如一个巨大的神经中央车站，大脑皮层几乎每块区域与其都有纤维连接。

本研究中，研究团队运用华大自主研发的单细胞测序技术和时空组学技术Stereo-seq，首次绘制了猕猴屏状核单细胞分辨率的时空图谱，这也是全球首个非人灵长类屏状核时空图谱，揭秘了屏状核中的每个脑细胞的基因信息，并为其标注了“住址”。同时，通过分析屏状核与猕猴全脑大量脑区的双向连接，绘制迄今最完善的非人灵长类屏状核全脑介观联接图谱，揭示了屏状核整合全脑信息的物理连接基础。多维的数据资源的结合，为科研人员深入解析屏状核这一关键脑区的结构和功能奠定了基础。 目前该图谱数据已完整公开（https://macaque.digital-brain.cn/claustrum）。

揭示灵长类特有神经元

通过分析猕猴屏状核22.7万个细胞，研究团队鉴定出48种细胞亚型。而通过将屏状核与周围脑区的细胞类型进行对比，发现超过80%的屏状核神经元与大脑皮层（尤其岛叶皮层）深层神经元高度相似，这提示屏状核的主要功能可能与长程投射调控大脑其它脑区相关。

而通过对比猕猴、狨猴和小鼠的数据，研究团队发现猕猴屏状核中约40%的细胞类型为灵长类特有。例如，其中一种兴奋性神经元GNB4在猕猴屏状核中高达64.7%，且呈区域特异性分布，而在小鼠中仅占14.7%，且呈现均匀分布特征。这表明，在进化过程中，猕猴屏状核演化出灵长类特异的细胞类型，分布在屏状核内特定区域，参与特定的大脑功能。

多组学结合解析神经网络

通过时空组学技术，研究团队绘出了猕猴屏状核的精确边界，并发现一个全新的RBC区域将屏状核与周围脑区隔开。猕猴屏状核这些结构与啮齿类动物的屏状核明显不同，这为理解意识的进化机制提供了可能的线索。

而通过猕猴屏状核全脑介观联接图谱，研究团队发现屏状核内部不同部位神经元的皮层投射各有偏好，可据此将屏状核分为前额叶、视觉、海马、运动四个功能区。进一步研究发现，屏状核与除小脑外所有皮层和皮层下脑区相连，是大脑中的连接中枢。同时，猕猴屏状核内部存在广泛的前后轴联接，为屏状核单个神经元整合多模态信息提供支持，而这，被认为是意识产生的关键。

此外，通过多种技术相结合，研究团队还首次证实了不同功能区内富含的神经元亚型不同。例如海马投射区高表达GNB4-7型神经元，而运动区富集GNB4-4神经元。

多组学融合已成为脑科学研究的重要趋势。本研究通过整合单细胞核转录组、时空组和联接组学数据，首次构建了非人灵长类屏状核的多模态图谱，科研人员可以结合多组学数据，实现对这个大脑“信息枢纽”从分子、空间到神经连接的系统解析。该图谱不仅填补了灵长类脑区研究的空白，也为多组学融合解析复杂脑功能提供了新模式，为理解意识本质、探索脑疾病机制奠定基础。

中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心和上海脑科学与类脑研究中心沈志明、法国国家卫生与医学研究院干细胞与脑研究所Henry Kennedy、临港实验室魏武、华大生命科学研究院刘龙奇、腾讯生命科学实验室姚建华为该论文共同通讯作者。华大生命科学研究院雷莹、中国科学院上海营养与健康所刘羽暄、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心和临港实验室王明礼、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心袁妮妮、法国国家卫生与医学研究院干细胞与脑研究所侯玉洁、华大生命科学研究院丁灵君、朱志勇、腾讯生命科学实验室吴子涵、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心李超为该论文的共同第一作者。本研究获得国际大科学计划培育项目、科技创新2030-“脑科学与类脑研究”、上海市级重大专项等项目的联合资助。