Science+1！华大等团队首绘狨猴全脑单细胞多模态图谱，揭秘大脑演化“双重奏”

北京时间4月17日，国际顶尖学术期刊《科学》（Science）在线发表了由基因组多维解析技术全国重点实验室、华大生命科学研究院、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、澳大利亚莫纳什大学等中外团队联合完成的重大突破。

通过对狨猴大脑的深度解析，研究团队不仅构建了全球首个狨猴全脑单细胞多模态图谱，还首次发现了灵长类大脑皮层中的Pr-Al对立分子梯度轴。这一发现为认知大脑结构、理解灵长类大脑高级认知功能的生长演化提供了全新理论框架，还统一了学界关于大脑皮层演化近百年的争议。

构建全球首个狨猴全脑单细胞多模态图谱

在以往的脑科学研究中，解剖学、影像学与基因组学往往相对独立，从各自维度切入，为解读大脑奥秘提供多元视角。而该研究通过将神经影像学（MRI）与华大自主研发的时空组学技术Stereo-seq、单细胞测序技术深度融合，实现了宏观的功能监测与微观的分子解析紧密联动。

通过MRI，我们可以观测大脑在执行特定动作（如抓取或思考）时的实时活动情况；而利用时空组学技术Stereo-seq，就能像导航软件放大实景一样，精准锁定这些活动背后对应的细胞类型及其内部的基因表达。通过这种跨尺度、跨学科的整合，研究团队成功构建了全球首个狨猴全脑单细胞空间转录组+神经连接+功能影像的三维整合脑图谱，实现了分子表达、细胞类型、神经环路、解剖分区与功能网络的多维度精准对齐，让研究团队得以在全脑尺度系统解析皮层构建的底层逻辑。

目前，相关数据已保存至CNGBdb（MCCSTA数据库https://db.cngb.org/stomics/mccsta/）。

狨猴全脑单细胞多模态图谱

大脑皮层中两种相反的分子梯度

基于这张超高精度脑图谱，研究团队发现大脑皮层的组织逻辑遵循一套精密的双向分子梯度轴。具体来说，研究团队确定了两个互为对立的演化锚点：Pr极（初级感觉区，负责接收视觉、听觉、体感等外界信号）和Al极（古皮层/边缘皮层，演化上极其古老的区域，如处理嗅觉的区域），在这两个端点分别有大量基因处于高表达状态。随着空间延伸，这些基因的表达强度逐渐减弱，形成两股相向而行、相互拮抗的分子梯度。

而在两股分子信号叠加融合的中间地带，恰恰是灵长类的联合皮层。这里不仅是人类抽象思维、自我意识与高级决策功能的汇聚点，也是大脑处理复杂信息的中枢。

Pr-Al轴的发现，首次从分子层面回答了灵长类高级联合皮层从何而来的关键问题，成功统一了此前关于大脑皮层演化的“双起源假说”与“分子锚定假说”。此外，研究证实这种Pr-Al轴不仅存在于大脑皮层，还贯穿了丘脑、纹状体等全脑核团，形成了一套全脑协同的演化逻辑。

狨猴的Pr-Al index

人类与狨猴听觉皮层的趋同演化

除了Pr-Al对立分子梯度轴，研究团队还获得了一项关于社交的意外发现：虽然猕猴在进化树上离人类更近，但在听觉皮层的分子特征上，狨猴反而与人类表现出更高的相似性。

这主要是因为狨猴有着丰富的社会交流行为，会轮流应答、互相学习鸣叫。为了支撑这种高阶的沟通需求，狨猴大脑在演化中形成了与人类高度共享的神经分子机制，二者共享大量听觉‑发声调控相关基因与细胞类型排布模式。这使得狨猴成为了研究人类语言起源、言语发育障碍、社交沟通相关疾病（如自闭症）的理想动物模型。

人类和狨猴在听觉皮层有相似的基因表达

该研究不仅终结了双起源假说与分子锚定假说的百年争议，更建立起一套从分子、细胞到核团、网络和演化的全层级、跨尺度脑构建理论。这一框架有望为自闭症、精神分裂症、阿尔茨海默病等脑疾病的诊断与干预提供全新靶点，也为类脑计算架构与人工智能系统勾勒了一份天然的设计蓝图。

在美国和日本的国家级脑计划中，狨猴都占据核心地位，是解析人类大脑、攻克脑疾病的理想实验模型。中国团队首次绘制狨猴脑图谱，成为“中国脑计划”的关键里程碑成果。从破译皮层结构到解锁认知起源，时空组学技术正在助力我们探索生命最复杂的器官，也推动中国在脑演化与脑认知科学领域持续走向国际前沿。

华大生命科学研究院联合培养博士研究生黄智、联合培养硕士研究生李生龙，脑智卓越中心联合培养博士研究生杨倩倩、朱晓嘉、研究助理王贺、联合培养硕士研究生林霁煊为该论文的共同第一作者。华大生命科学研究院副研究员郝世杰，中国科学院脑智卓越中心（神经科学研究所）研究员刘赐融、孙怡迪，澳大利亚莫纳什大学生物医学发现研究所教授Marcello G.P.Rosa为该论文的共同通讯作者。该研究所有研究方案与动物实验均严格遵循相关伦理要求与规定。

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