从啮齿类到灵长类的跨越！中国脑图谱大科学计划10项重要成果以论文集形式发布

2020年9月，一场汇聚了中国脑科学研究力量的大科学计划在上海拉开了帷幕。在“全脑介观神经联接图谱”大科学计划国内前期工作启动会上，中国工作组宣告成立，并提出了“力争在2025年完成小鼠、2035年完成猕猴的全脑介观神经联接图谱绘制”的目标。

2025年7月10日，10项出自该大科学计划的重要成果，以专题论文集的形式集中发表在国际学术期刊《细胞》《神经元》《发育细胞》。 这些成果由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、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、中国科学技术大学、浙江大学医学院附属第一医院、郑州大学基础医学院、中国科学院遗传与发育生物学研究所、上海脑科学与类脑研究中心等国内科研机构，联合国内以及法国、瑞典、英国等多国科学家共同完成。

过去5年间，这群中外科学家合力，借助高分辨度光学脑成像、空间转录组和人工智能等前沿技术，实现了在单细胞分辨率下从啮齿类到灵长类的介观脑图谱绘制的跨越，深入解析了大脑细胞类型多样性、联接规律、发育进化规律及脑疾病分子机制。 此次系列成果的发布，标志着中国已经在探索人类大脑奥秘的道路上成为领跑者之一。

此次发布的10项系列成果中，有5项主要来自上海的科学家团队。上海的脑图谱科学家正在以“为国担当、勇为尖兵”的使命感和责任感，不断开展高水平的介观脑图谱研究，积极推动国际科研合作，为上海国际科技创新中心建设贡献力量。

目标：绘制大脑“高清”地图

大脑智能起源于神经细胞的多样性、神经联接的复杂性，探究其本质是脑科学研究的战略制高点。为破解感知、运动、学习记忆和决策等重要脑功能的运作密码，脑图谱研究致力于绘制高精度的“大脑地图”——精确定位神经细胞、解析神经网络联接规律，从而为理解脑功能机制、攻克脑疾病及研发类脑智能提供重要支撑。

作为“全脑介观神经联接图谱”大科学计划（以下简称大科学计划）的主要发起者，中国科学院院士、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心学术主任蒲慕明指出，介观神经联接图谱就是要在细胞层面把神经细胞的联接绘制出来，相当于“绘制大脑的高分辨率、清晰的地图”。

大科学计划在发起之初，就呼吁集中全球相关脑科学家共同攻关，面向世界科学前沿，为解析高级认知功能的神经环路原理提供必要的支撑；面向人民生命健康，为重大脑疾病的诊断和治疗提供精确的神经环路靶点；面向经济主战场，为类脑计算和脑机智能技术提供创新架构和模拟的基础。自启动培育以来，结合国内外领域发展态势和当前技术水平发展状况，大科学计划的核心目标逐步聚焦在绘制非人灵长类动物和人脑全脑介观神经联接图谱。

此次专刊发表的10项大科学计划重要成果，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，研究对象覆盖爬行类、鸟类、啮齿类、非人灵长类和人类等关键物种，整合了转录组、联接组等多模态数据，进一步扩充了国际脑图谱在跨物种比较和时空动态解析方面的内涵。与以往成果的点上突破不同，系列成果以“自主技术迭代”为牵引，推进建立了从“环路解析-进化解密-疾病解码”的研究体系，有望推动实现从“结构到功能”的质的跨越，为深入解密大脑提供了全新视角与关键手段。

助力神经环路功能解析

工欲善其事必先利其器。要想看清单细胞层面的神经联接和功能，不仅需要看得足够清晰的“显微技术”，还需要凸显特定细胞的“显示技术”。过去5年里，参与大科学计划的中国科研团队自主创新新技术，在感知、意识与记忆等关键脑功能的神经环路解析上取得系列突破。

中国科学技术大学毕国强、刘北明教授团队与多家科研机构合作，利用自主开发的blockface-visor成像系统，结合优化的全身透明化流程，实现了40小时内成年小鼠全身的均一亚细胞分辨率三维成像，进而解析了全身不同类型周围神经的精细结构和单纤维投射路径，有助于建立周围神经联接图谱研究的新范式。

刘真

中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、上海脑科学与类脑研究中心刘真研究员和脑智中心孙怡迪研究员、临港实验室李昊研究员等合作建立了多组学增强子预测系统、猕猴在体筛选和多维验证系统，鉴定得到能够特异性标记猕猴皮层不同层兴奋性神经元、三种抑制性神经元亚型及胶质细胞的增强子，并生成112种细胞特异性aav载体工具集，突破了传统转基因模型的局限性，标志着灵长类脑科学进入了精准细胞类型研究新阶段。

中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心孙衍刚研究团队联合复旦大学邓娟教授、华中科技大学李安安教授等利用病毒示踪、亚微米分辨三维连续精准成像技术和单细胞重构技术，全面揭示了小鼠脊髓投射神经元与脑内中继神经元的投射模式及联接规律，发现其通过“并行-发散-汇聚”模式构建“信息高速公路”，为理解疼痛、瘙痒、触觉等的感知机制提供全新结构框架。

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共同发布了全球首个非人灵长类屏状核多模态图谱，发现猕猴屏状核内部在前后轴方向存在广泛联系，与小脑外所有皮层和皮层下脑区相连，是大脑的连接中枢，为理解灵长类意识产生的多模态信息整合机制提供了结构基础。

中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心严军研究员团队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，重构了猕猴前额叶皮层中各个亚区的2231个投射神经元，揭示了猕猴前额叶皮层通过“精简高效”的神经联接模式实现的精准、模块化的信息处理策略，为深入解析灵长类高级认知功能的神经机制提供了基本框架。

赋能脑进化与发育研究

大科学计划不仅要在空间上洞察神经细胞的分布，更能从时间尺度上研究它们的变化。

由华大生命科学研究院、中国科学院深圳先进院、郑州大学、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心等机构主导的团队利用stereo-seq空间转录组技术，在细胞类型及神经联接的演化上，通过比较进化关键节点物种（龟、鸟、小鼠、猕猴等）端脑与小脑细胞图谱，揭示gaba能神经元在脊椎动物的演化中高度保守，同时发现鸟类小脑特异性地存在与运动功能相关的浦肯野细胞亚型，在时空维度上解析了羊膜动物脑细胞类型的演化轨迹，为揭示生命智慧涌现的底层规律建立了全新研究范式。

在全球首个非人灵长类屏状核多模态图谱中，研究人员发现猕猴屏状核存在4个亚区，不同亚区内存在特定的灵长类特异细胞类型，并与大脑特定功能脑区相联接，揭示了屏状核在进化过程中的重要扩展和特化。

在演化与发育的关系层面上，华大生命科学研究院联合中国科学院脑科学与智能技术卓越中心、临港实验室和腾讯ai实验室等，首次绘制小鼠脑发育时空基因表达图谱，不仅为大脑发育研究提供了全面的时空转录组资源，还为神经发育的调控机制研究提供了新的思路。

中国科学院遗传与发育生物学研究所吴青峰团队与华大生命科学研究院联合，揭示了哺乳动物下丘脑在模式生成机制和神经元谱系等方面的进化保守性，发现了人类下丘脑神经元在四个方面的进化特征，为理解下丘脑发育、功能、疾病以及演化，奠定了重要的理论基础。

推动脑疾病机制认知

随着大科学计划的不断推进，一些难以被治疗的脑疾病正逐渐浮现在科学家眼前。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利用stereo-seq空间转录组技术，首次绘制了正常人及阿尔茨海默病（ad）患者海马的单细胞分辨率空间转录图谱，发现了病理性小型胶质细胞和星形胶质细胞在海马伞区域的高度富集及细胞通讯增强，解析了aβ微环境分子变化，为ad病理研究提供了更精细、系统的分子机制解析，为ad的早期诊断及鉴别诊断提供了新的可能性。

郑州大学联合华大生命科学研究院、瑞典卡罗林斯卡学院及哥德堡大学，首次绘制了小鼠脑出血后超急性期至恢复期的脑组织单细胞分辨率时空动态转录组图谱，系统解析了脑出血后的组织损伤与修复进程以及胶质细胞为代表的多种细胞类型在该过程中发挥的关键作用，揭示了脑出血后血肿部位及其周边区域呈现明确的空间梯度基因表达模式，发现脑出血并非仅为出血部位脑组织的局部病变，更涉及全脑反应，为深入理解脑出血动态病理过程提供了宝贵的资源，也为临床脑出血的靶向干预和个体化治疗策略提供了重要参考。

组建国际灵长类介观脑图谱联盟

在完成了从啮齿类到灵长类的跨越之后，大科学计划将进一步聚焦绘制非人灵长类动物和人脑全脑介观神经联接图谱。中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、海南大学、华大生命科学研究院、上海脑科学与类脑研究中心等国内核心机构正在牵头，与全球顶尖科研机构及科学家开展深度合作，共同筹建“国际灵长类介观脑图谱联盟”，以推进大科学计划在总体目标、国际分工和管理机制等方面形成国际共识，并进一步整合技术、平台、人员、数据等资源，形成更大规模的跨机构科研合作团队，加快推动脑图谱研究进程。

据介绍，大科学计划将依托脑图谱研究国际联盟，持续扩大与欧美国家的合作，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、解释和验证手段，构建面向全球开放共享的“脑图谱数据库”，为理解人类大脑奥秘提供关键基础，推动实现“认识脑、模拟脑、保护脑”的宏伟目标。

来源：上海科技

作者：耿挺

上观号作者：上海科协