科学家刚刚公布了迄今为止最完整的猴子皮质图

由中国科学家领导的国际团队刚刚绘制了迄今为止最完整的猕猴皮质图谱。 大脑皮层是大脑的最外层，拥有许多我们珍贵的认知功能：推理、决策和适应不断变化的环境的能力。

与其他动物相比，灵长类动物（包括人类）的皮质大幅扩张。 科学家长期以来一直认为，正是这种进化的怪癖赋予了我们的大脑管理复杂计算的能力。

但如何？

这个秘密可能隐藏在皮质的多种细胞类型及其组织方式中。 生物学的一个关键主题是“结构决定功能”。 就像从头开始构建计算机一样，每个组件及其放置和接线都会改变性能。

对猴子皮层中每个细胞的精确位置进行编目可以帮助解码——或许还能以数字方式重新创建——使灵长类皮层成为计算强国的规则。

研究， 出版 in 手机，还利用了一种相对较新的大脑绘图工具。 被称为 立体声序列， 该技术同时从多个细胞中提取遗传信息（转录组），为每个细胞的位置添加一个新的数据层。

该团队通过记录大约 500 个基因的活动，为每个细胞创建了分子指纹。 然后，借助大量人工智能，他们将来自 1.5 个区域的近 143 万个细胞分类为不同的细胞类型，并绘制了它们在皮质中的位置。

该项目已经产生了一些见解。 脑细胞倾向于以派系形式行动。 有些类型更喜欢与某些其他细胞在一起，这表明它们形成局部神经网络。 增强或抑制整体大脑活动的神经元也有首选位置，其数量在皮质区域和深度之间变化。

此外，与小鼠大脑图谱相比，新地图发现灵长类动物特有的几种细胞类型挤在皮质的一层中。

“大脑的细胞组成及其空间分布是脑科学的基本问题，其重要性类似于人类基因组测序发现的DNA碱基序列，” 说过 该研究的作者是中国科学院的李成宇博士。 猕猴的大脑皮层与我们的大脑皮层相似，这项研究提供了同类中最完整的图谱。

神秘的神经蛋糕

皮质是一个复杂的六层结构，充满了不同类型的神经元和其他脑细胞。

神经元通常是表演的明星：这些电激活细胞连接到神经网络来处理信息。 两种主要类型有助于平衡大脑的整体活动水平。 谷氨酸能细胞具有兴奋性，可以提高大脑的计算能力。 GABA 能细胞具有抑制性，会降低网络活动。

非神经细胞完成了这幅图画。 有些有助于保护大脑免受感染。 其他支持神经新陈代谢并清理分子废物。 它们不是配角：最近的研究表明，它们在早期发育中神经网络的形成以及对抗阿尔茨海默氏症等神经退行性疾病方面发挥着关键作用。

这项新研究主要集中在这些脑细胞上。

切片和切丁

研究小组分析了三只成年雄性猕猴的大脑。 它们的大脑拥有超过 XNUMX 亿个细胞，在进化上与我们的大脑非常接近。

首先，研究小组通过多次专业切割，小心地将大脑从前到后切片。 一张大约是打印纸的厚度，用于对每个细胞的遗传图谱进行测序。

与较厚块相邻以保持空间完整性的其他切片甚至更薄。 研究小组在其中一半中添加了一种夜光染料，可以捕获神经元外部的蛋白质。 此步骤可以轻松发现皮层中不同的解剖位置。

第二批超薄切片的遗传数据通过新的 Stereo-seq 工具提取。 可以将此步骤想象为数码相机，但它不是捕获像素，而是以信使 RNA (mRNA) 的形式捕获每个细胞的基因表达数据。 由此产生的“转录组”是任何细胞在任何时刻的所有活性基因的快照。

这里的目标是对每个细胞的转录组进行成像，同时保留有关每个细胞的物理位置的信息。 与相机传感器一样，该过程从大约两枚邮票大小的硅芯片开始。 新设计的芯片比以前的迭代具有更宽的视野（就像全景模式的手机一样），从而更容易扫描更大的大脑区域。

每个芯片上都点缀着二维 DNA 纳米球阵列，可以抓住 mRNA。 细胞膜用染料染色，以帮助研究小组将转录组指纹与其宿主相匹配。

该团队使用多种人工智能算法，将所有这些数据集整合成世界上第一个猕猴皮层的三维单细胞图集。 图中详细介绍了每种细胞类型，以及说明细胞在皮层中如何不同的三级分类法。

例如，皮质第二层和第三层的一种兴奋性神经元表达大脑中压力信号的“主调节器”基因。 大脑的所有三种主要细胞——谷氨酸细胞、GABA 细胞和非神经元细胞——都与皮层的结构层次相关，其中一些细胞在其区域和深度上更为丰富。

进化的资源

灵长类动物的大脑皮层极大地扩张，通常被视为高级认知的所在地。 在另一项分析中，研究小组将猴子的大脑图谱与现有的 老鼠 和 人 挖掘灵长类动物特有的新细胞类型的图谱。

该测试精确定位了灵长类动物皮层第四层中的一组兴奋性细胞，而这些细胞在小鼠中是不存在的。 这些细胞高度集中在大脑前部（支持高级认知的区域），其基因先前与语言、大脑发育和自闭症有关。

该团队向任何人免费提供该资源。 它提供了丰富的数据来解决结构如何导致智力的古老问题，以及我们的大脑在神经系统疾病中何时、为何以及如何出现口吃。 徐迅博士表示，这些结果还可能“促进脑科学领域的突破，例如类脑智能和脑机接口方面的突破。”

所有数据集都是开源的。 玩它 相关信息.

图片来源： 猕猴空间转录组图谱 / BGI

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• Sumber: https://singularityhub.com/2023/07/14/scientists-just-unveiled-the-most-complete-brain-map-of-the-monkey-cortex/