大脑由哪些细胞组成？脑细胞的空间分布有何规律？这是脑科学的基本问题。

如果能以图谱形式，描绘出人类脑中数以百亿计的细胞的类型、形态、分布、相互联系、基因表达……那么脑科学家对于大脑的认知，便可如你我查看地图那般一目了然。

人类的脑细胞地图，还要绘上好久；不过猴子的脑地图，已经火热上线了。7 月 12 日，《细胞》杂志刊载了由中国科学团队主导完成的全球第一份单细胞分辨率、迄今为止最完整的猕猴大脑皮层细胞空间分布图谱。

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大脑皮层是大脑的最外层，具备许多宝贵的认知功能，包括推理、决策、适应不断变化的环境，等等。相比其他动物，以人类为代表的灵长类拥有大得多的皮层。科学家一直认为，正是这种进化特征赋予我们大脑以复杂计算能力。

那么皮层的功能究竟是如何运作的呢？

一台计算机的性能由它的每一个组件，以及组件的布置和接线方式决定——“结构决定功能”。这同样是生物学的关键法则。

大脑皮层是个复杂的六层结构，充满各种不同类型的神经元和非神经元细胞。其中每一个细胞的类型和特点、分布与组织方式，都决定着大脑皮层的功能。科学家要解析功能，最根本方法就是将细胞做精确编目。

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神经元当然是毫无疑问的主角，它们会被电激活，会传导电信号，彼此连接构成神经网络以处理信息。其中有两类神经元左右着大脑活动的平衡：

1. 谷氨酸能神经元，即兴奋性神经元，可提高大脑计算能力；

2. γ-氨基丁酸能神经元，即抑制性神经元，会降低神经网络活性。

非神经元细胞的地位不如神经元，但也绝非配角。它们可以帮助保护大脑免受感染，支持神经新陈代谢并清理分子废物。而最近的研究还表明，非神经元细胞对于早期发育阶段神经网络的形成至关重要，在对抗阿尔茨海默病等神经退行性疾病方面也无可替代。

新研究的作者团队使用时空组学技术（Stereo-seq），同时从多个细胞中提取遗传信息（转录组），给每个细胞记录下大约 500 个基因的活动，从而创建每个细胞的分子指纹，之后借助AI工具，将来自 143 个区域的近 150 万个细胞分型为 264 种不同类型，并绘制了它们在皮质中的位置。其中兴奋性神经元占比最多，约 60%~70%，其余的是抑制性神经元以及非神经元细胞。

庞杂而精细的细胞编目带来了深刻的洞见。

研究团队发现，皮层的脑细胞喜欢“拉帮结派”地分布，大量兴奋性神经元、抑制性神经元以及非神经元细胞，其分布都呈现显著的皮层及脑区特异性。不同皮层层级脑区有着不同类型的细胞，处于相同层级的脑区往往聚集相似的细胞类型。

此外，他们还发现了灵长类特有的 6 类兴奋性神经元细胞，分布于第四层皮层；这些细胞高度表达与人类疾病相关的基因，例如语言功能障碍、智力发育不全等。

这项工作可帮助科学家更深入理解脑细胞相互作用、神经信息传递、脑区功能等问题，针对一些脑部疾病的研究和研发工作也将因此获益。我们甚至还可能从脑图中获得对 AI 的启发。

中国科学院脑智卓越中心学术主任蒲慕明院士表示：“未来，团队将继续在脑疾病机制与靶点研发、脑细胞与脑结构演化、脑功能的细胞分子机制等领域开展跨机构、跨领域合作攻关，推动中国在这些领域持续产生原创性、引领性成果。”

参考文献

Scientists Just Unveiled the Most Complete Map of the Monkey Cortex Yet

策划制作

来源丨世界科学

责编丨崔瀛昊

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