7月10日深夜，国际顶尖学术期刊《细胞》首次以专辑形式集中呈现来自中国脑科学的10项重磅成果。
此次，由中国科学家主导实现了多项“世界首次”“全球率先”的突破，有望推动脑科学研究从结构到功能的跨越，为深入解密大脑提供了全新视角与关键手段。
专辑中的10篇论文，由国内外30多个科研机构、300多名科研人员共同完成。从鼠脑到猴脑，脑图谱研究的这一步“跃迁”背后，不仅意味着大量技术瓶颈的突破，更体现了“有组织科研”的前瞻布局和协同效能。
国际上，各国在脑研究领域的竞争已趋白热化。此次中国脑计划成果的全球集中首秀，让中国脑科学走到了世界学术舞台的聚光灯下。
三个“世界首次”工具占两项
此次《细胞》专辑中，有3篇论文创下“世界首次”，牵头科学家分别是中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心的严军、刘真，以及中国科学技术大学的毕国强。
“工欲善其事，必先利其器”，自2018年上海市市级重大专项立项开始，脑智中心通过顶层设计，进行针对性布局，以攻关克隆猴模型、示踪观测等技术。
研究灵长类大脑，看清脑细胞“怎么走、怎么连”，过去没有便捷高效的工具，为此刘真团队建立了灵长类神经细胞特异性标记、神经活性调控及观测工具集。刘真介绍，通过学科交叉合作，他们找到了可以标记不同层兴奋性神经元和抑制性神经元亚型的增强子，“工具集的成功开发标志着非人灵长类脑科学进入精准细胞类型研究的新阶段”。
毕国强团队则用自主研发的高速三维显微技术，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。“这是大家想做、但一直无法完成的工作。”团队成员徐程介绍，他们打破了大体积样品三维成像的技术瓶颈，解析了周围神经在全身投射的精细结构，甚至能够追踪到单个神经元在皮肤上的投射轨迹。。
对于严军团队绘制的“猕猴前额叶皮层神经元全脑投射图谱”，审稿人给予了“独一无二”“开创性工作”的评价。前额叶是负责高级认知功能的最关键脑区，团队成功重构了当前世界上最大规模的猕猴全脑介观连接图谱。该研究颠覆了以往神经元“越高级、越复杂”的猜测，发现了“越高级、越简单”的真相——就好像小公司员工往往“一人多能”，大公司员工反而任务专一，以实现公司整体的高效运转。
探索最前沿，“手搓”与AI并用
与小鼠大脑图谱绘制产生的研究数据相比，猕猴大脑的数据至少增加100倍。如此海量数据，是脑科学研究从未遇到过的挑战。为此，脑科学家们找到腾讯AI实验室、华大生命科学研究院，解决数据难题。
华大生命科学研究院基因多维解析技术全国重点实验室主任徐讯回忆，2021年，他遇到中国科学院院士、脑智中心学术主任蒲慕明，才发现华大自主研发的时空组学Stereo-seq技术竟与脑图谱研究需求十分贴切。于是，当年春节，双方团队放弃休息开启一场跨界合作，甚至为此改造芯片。如今，已经发展起4套技术平台，专门用于脑图谱研究。
然而，在探索大脑这个“无人区”时，AI并非万能。很多时候，团队要另辟蹊径，甚至用人工“手搓”。
2231个！绘制猕猴前额叶单神经元的全脑精细投射图谱，工作量极其浩大。为此，严军团队将天文领域利用“公众科学”处理海量数据的方法，首次引入脑科学研究。寻找神经元投射的路线，简化之后如同儿童“连连看”游戏——让AI来做，反而算力消耗巨大，且准确率不高。于是，他们开发了一款软件，简单到小学生在手机App上就能完成。该团队苟凌峰副研究员更是通过多年努力，自主开发出“多人在线”数据软件，可让许多人同时处理一张图片，将研究时长一下缩短几十倍。
脑智中心沈志明团队绘制出了全球首个非人灵长类屏状核的空间组图谱。尽管华大团队的技术提供了极大帮助，但诸如给位于大脑深处的屏状核“打针”、复杂组织切片处理、确定屏状核边界等工作，只能靠人工一点点查文献、做标记，甚至用手的温度来一点点融化冷冻切片，避免气泡与褶皱，确保每一张组织切片与基因芯片都切贴得完美无瑕……
未来20年，人脑联接图谱将有小成
通常，生命科学研究的作者数量不会超过二三十人。此次专辑中不少论文的作者数量常有几十人，最多的一篇作者署名多达92人，包括法国、英国、瑞典等多个海外科研机构。
“这说明，通过十年努力，中国脑研究正在形成一个具有全球吸引力、世界影响力的国际大科学团队。”蒲慕明说，过去，基础研究课题组习惯于单打独斗，但到了探索灵长类大脑的阶段，必须通过”有组织的科研“融汇各种创新资源协力攻关，才能向脑科学的终极目标发起冲击。
不仅自己的论文合作者众多，沈志明也是同专辑其他多篇论文的合作者。“大家在科研上互通有无，技术与资源上相互支援，已成为一种常态。”他说，用于追踪神经元联接路径的逆标染料标记法，是法国里昂干细胞与脑研究所的核心技术，为此他去法国学习了三个月。回来后，他开发了更高效的非人灵长类图谱绘制技术，还用这些技术帮助了不少团队，甚至反哺法国团队。“我们的研究吸引了法国合作者，他们不仅拿出自己积累的猕猴联接组数据，供我们使用，甚至还愿意自带经费，加入我们的研究。”
蒲慕明认为，此次《细胞》系列期刊推出专辑，同样是“大兵团协作”的一次成功体现——专辑投稿一年前就开始规划，大家齐心协力按照节点完成研究，既促进了合作，又激励了团队。
这次成果的集中亮相，标志着我国脑图谱研究实现了“从鼠脑到猴脑”的跨越。蒲慕明认为，乐观估计，猕猴的重要脑区的神经联接图谱有望于2035年完成。“人类基因组计划原本打算15年完成，但在技术推动下，10年就完成了。脑图谱研究也可能因为同样的原因而提前达标。”
至于人脑这个终极目标，蒲慕明预计20年内将可绘制出人脑单神经元细胞投射联接图谱。他透露，目前团队正与国内外多个同步辐射光源开展合作，使用强X射线，让人脑神经联接“显形”。
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