为了更好理解并可能治疗一系列影响早期认知、神经发育以及晚年大脑健康的疾病，约翰霍普金斯大学医学院的研究人员与全球同行合作，正在绘制人类大脑的分子构建蓝图。
这些模型部分由联邦和国际研究资助支持，正在帮助研究人员研究与多种疾病相关的遗传路径和通路，从影响美国约3%儿童的自闭症谱系障碍，到影响超过700万美国成年人（包括65岁以上人群中11%的人）的阿尔茨海默病。
为了支持这一蓝图，约翰霍普金斯大学医学院神经学兼职教授、马里兰大学医学院基因组科学研究所的卡洛·科兰托尼博士与其他研究人员在最近的研究中，整合了来自近200项已发表研究和超过3000万个细胞的数据，以增进对大脑最外层区域——新皮层——如何随时间发育和形成的理解。该研究发表在《自然·神经科学》上。
这一大脑区域负责多种功能，包括我们如何思考、感知、处理与存储信息以及做出决策。
科兰托尼说：“我们的目标是理解新皮层在细胞层面是如何构建的，并找出发育迟缓和脑部疾病最早阶段的线索。通过绘制产生新皮层复杂结构和功能的细胞转变和基因图谱，我们可以更好地理解，然后尝试治疗那些在子宫内、婴儿期、儿童期甚至更晚时期出现的疾病。”
这个增强版图谱不仅帮助研究人员研究自闭症谱系障碍的遗传联系，还能为小头畸形等罕见疾病提供见解，这些疾病可能在出生前开始并严重影响大脑生长。
将这些信息整合在一起的优势在于，研究人员可以研究发育的各个精细阶段，以识别典型的生长模式，然后找出神经发育迟缓和疾病的起源与通路。这些信息现在可通过《自然》和《自然·神经科学》获取。
除了绘制人类新皮层模型，作者还发表了哺乳动物和小鼠模型。这些不同的图谱显示，数百万年前以弥散网络形式开始的基因表达程序，最近在人类神经干细胞中变得更加集中，以驱动人类新皮层的扩张。研究人员表示，这一过程有助于解释人类与其它动物相比在高级认知能力上的差异。
利用累积的数据，研究人员还绘制了人类新皮层中神经元的成熟过程，这一过程在进化时间上变得更长，随着人类新皮层和心智能力的扩展。例如，这种神经发育在小鼠中需要数周，但在人类中需要多年。这代表了高级系统的差异，使得人类大脑能够适应并学习如何解读复杂的社会、环境和感官输入，经过一个延长的发育期。
这些资源现已通过一个开放获取的网络门户提供给其他研究人员，用于研究人类大脑发育和疾病。科兰托尼表示，这些和其他的大脑图谱绘制工作旨在帮助研究人员研究整个生命周期的脑疾病机制，并提供工具以更好地支持和加速日常研究。
没有编程经验的研究人员可以探索感兴趣基因的表达模式，绘制在发育过程中以特定方式协同工作的基因模块的协调表达，并贡献自己的数据以扩展该资源。
此前，通过大脑研究推进创新神经技术（BRAIN）计划已经产生了人类和小鼠的脑细胞普查，记录了哺乳动物大脑中细胞类型的多样性。
其他项目正在探索阿片类药物使用对HIV感染者大脑的影响、内耳毛细胞如何可能再生以恢复听力，以及痴呆症（包括阿尔茨海默病）中细胞通路的分布。
这些脑图谱研究工作得到了更广泛计划的支持，如人类细胞图谱（HCA），该图谱旨在绘制整个人体细胞景观。HCA成立于2016年，旨在将全球研究人员聚集在一起，创建开放获取资源，绘制人体每个细胞。2024年，专家们发表了来自40多篇论文的见解，检查了来自近1万人的6200万个细胞。
HCA及相关研究已经发现了新的肺细胞，更好地理解了身体如何应对感染，并识别了协同工作的细胞网络，以帮助心脏跳动、调节心率，并实现全身器官之间的交流。
科兰托尼说：“我们生活在一个前所未有的时代，技术用于协调和分析大型数据集、与全球研究人员合作以及利用跨疾病状态的见解，对于确定能够挽救和改善生命的新疗法至关重要。随着这些倡议达到重要里程碑，我们也看到研究人员合作和使用这些图谱的方式才刚刚开始。”
科兰托尼补充说，招募更多学术和工业合作伙伴来投资这些竞争前数据探索空间至关重要，这将大大扩展识别治疗脑部疾病的新型分子靶点。
他说：“结合人工智能算法指导干细胞系统中的大规模筛选，这些资源有望实现针对神经发育和神经退行性疾病患者的精准治疗。”
为了支持这一愿景，科兰托尼及其同事，包括约翰霍普金斯大学的保罗·沃利、徐金冲、廖翔宇和劳月林，亚利桑那大学的卡罗尔·A·巴恩斯，以及转化基因组学研究所（TGen）的马修·休特尔曼和伊格纳齐奥·S·皮拉斯，还创建了一个专注于阿尔茨海默病的开放数据资源。
出版详情：A Curated Compendium of Transcriptomic Data for the Exploration of Neocortical Development，《自然·神经科学》（2026）。DOI: 10.1038/s41593-026-02204-4
期刊信息：《自然·神经科学》、《自然》
由约翰霍普金斯大学医学院提供
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