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中國科學家領銜發布全球首個獼猴大腦皮層細胞三維“地圖”

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2023-07-13 11:13 | 稿件來源:香港新聞網

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香港新聞網7月13日電 世界首套單細胞分辨率的獼猴大腦皮層細胞空間分布圖譜誕生,該圖譜被稱為獼猴大腦皮層細胞三維“地圖”。7月12日,《細胞》雜誌在線發表了這一由中國科學家領銜的重要突破。

據香港文匯網報道,利用這個圖譜,科學家能夠清楚地知道,獼猴大腦皮層中的細胞類型及其分布位置,將為阿爾茲海默病、帕金森病等腦疾病的研究提供了新的基礎,也為人腦功能、腦疾病、腦機接口等腦科學領域研究的基礎認知提供參考,將大幅加快腦科學研究進程。

Cell期刊官網截圖

大腦由哪些細胞組成、這些細胞的空間分布有什麼規律是腦科學的基本問題,其重要性類似於人類基因組計劃完成的DNA鹼基序列。中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心(神經科學研究所)與華大生命科學研究院、臨港實驗室、上海腦科學與類腦研究中心、騰訊人工智能實驗室等單位組成的百餘人攻關團隊,成功繪製出獼猴大腦皮層的細胞類型分類樹,並揭示了細胞類型組成和靈長類腦區層級結構之間的關係,為進一步研究各類神經元之間的連接提供了分子細胞基礎。

獼猴是演化上最接近人類的模式動物,其大腦中包含超過60億個神經元。文章共同通訊作者、中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心研究員李澄宇(現臨港實驗室研究員)表示,大腦的細胞組成及其空間分布規律是腦科學的基本問題,而獼猴的大腦皮層組織在很多方面與人類相似。

獼猴大腦皮層細胞類型空間分布圖譜

在研究中,研究人員通過華大時空組學技術Stereo-seq,採集了獼猴大腦161張厚度為10微米切片的空間轉錄組數據,並結合華大自主研發的另一項技術——高通量單細胞核轉錄組測序技術DNBelab C4 snRNA-seq,獲取了百萬級別的獼猴大腦皮層單細胞核轉錄組數據。同時,通過對獼猴大腦皮層的143個腦區中單個細胞的基因表達及狀態、空間信息進行聯合分析,研究團隊繪製了全球首個食蟹猴大腦全皮層的三維單細胞圖譜,並且繪製了細胞類型分類樹,揭示了不同類型細胞與腦區層級結構的關係。

研究團隊發現,獼猴大腦中大量興奮性神經元、抑制性神經元以及非神經元細胞在大腦皮層中的分布呈現明顯的各層面及各腦區的特異性。研究團隊又以視覺系統和軀體感覺系統為例,展開進一步研究,發現兩個系統的細胞類型組成與腦區層級組織之間存在顯著的相關性,處於相同層級的腦區往往具有類似的細胞類型組成,揭示了細胞組成和腦區結構之間的關係。

“獼猴腦細胞圖譜的繪製,將幫助我們更好地認識腦疾病,為未來設計疾病治療靶點提供基礎參考資源。”文章共同通訊作者、華大生命科學研究院院長徐訊認為,“它將有望推動腦科學領域的突破性進展,如在類腦智能和腦機接口中,通過更精確的腦電信號採集,實現更複雜的機體活動”。

中國科學院腦智卓越中心學術主任蒲慕明院士表示,未來,團隊將繼續在腦疾病機制與靶點研發、腦細胞與腦結構演化、腦功能的細胞分子機制等領域繼續攻關,推動中國在相關領域持續產生原創性、引領性成果。

本次研究由多家單位的100多位跨學科、跨領域的研究人員合作,依託我國自主研發的核心技術與大平台,以“大科學”科研攻關模式共同完成。研究產生了較為完整的全球首套獼猴全腦皮層的單細胞以及空間轉錄組數據,目前,數據資源庫現已實現公開共享。

華大自主研發的核心技術與大平台

【編輯:丘志彬】

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