一项新研究揭示了早期大脑如何形成，以及可能有助于诊断和治疗脑疾病的临界期。（图片来源：Jasiek Krzysztofiak/Nature）
全球科学家联盟迄今创建了最详细的第一份哺乳动物大脑（从小鼠到人类）"发育图谱"，迈出了揭开"早期大脑发育"之谜及其在健康与疾病中所起关键作用的第一步。
影响全球15%儿童或青少年的改变生命轨迹的神经发育障碍会导致显著的认知、沟通、行为或心理运动障碍，而在美国，自闭症和注意力缺陷多动障碍(ADHD)的诊断率正在上升。在人类中，大脑发育的这一早期阶段特别漫长，因此理解这一可能出现问题的关键阶段，对于阐明我们对脑疾病的认知和治疗至关重要。
艾伦研究所脑科学执行副总裁兼主任、多项研究的主要作者之一洪奎·曾博士表示："这项工作为我们提供了不同脑细胞类型如何随时间出现和成熟的详细蓝图。通过了解发育过程中关键基因何时何地被激活，我们可以开始揭示这一过程中的干扰如何导致自闭症或精神分裂症等疾病。这是基础性知识，为更好的诊断和针对性治疗打开了大门。"
在Nature期刊家族发表的12项研究中，研究人员揭示了哺乳动物早期发育期间细胞类型的新特征，并开始阐明影响大脑发育的环境因素——包括感官输入和社会行为。由此产生的全面、跨物种的发育脑细胞图谱为理解健康和疾病中人类大脑的新时代奠定了基础并提供了强大工具。
"真正长期以来一直是个谜的是理解这些过程如何发生，"加州大学旧金山分校神经外科、解剖学、精神病学和行为科学副教授、其中一项研究的作者托马什·诺瓦科夫斯基博士说。"在成人大脑研究发现的基础上，深入发育阶段的研究意义深远，因为它将有助于我们理解可能导致神经发育障碍的脆弱性和突变。"
出生后小鼠大脑空间多组学图谱，突显皮层神经元成熟和皮层与胼胝体中的少突胶质细胞分化及髓鞘形成。随着发育进展，胼胝体中的髓鞘形成呈现从外侧到内侧的进程。（图片来源：Gao等，Nature）
这项里程碑式的成就得到了美国国立卫生研究院"通过推进创新神经技术进行脑研究"计划(BRAIN Initiative®)的支持，该计划旨在加速创新神经技术的发展并彻底改变我们对人类大脑的理解。
"这些图谱是一项非凡的成就，也是我们寻求理解健康和疾病中发育大脑机制时急需的重要参考，"哥伦比亚大学精神病学系现任主席、前国家精神卫生研究所所长约书亚·戈登医学博士/哲学博士说。"它们为我们构建对自闭症、精神分裂症和其他我们在大脑发育过程中所知的疾病的更深入理解提供了框架。"
艾伦研究所科学家为这一系列研究贡献了三项研究。《端脑GABA能神经元的转录组学和空间组织》聚焦于小鼠中称为GABA能抑制性神经元的一组特殊脑细胞。这些细胞在大脑中起到"刹车"的作用，抑制过度活动并帮助不同脑区顺畅沟通。在人类中，这些神经元对我们的所有活动都至关重要，从运动和记忆到情绪管理。
研究人员利用来自超过120万个脑细胞的数据，创建了迄今为止最完整的这些细胞的"家族树"，展示了它们如何发育、扩散并分化成不同的亚型。最引人注目的发现之一显示，这些细胞从它们出生的地方长途跋涉到最终落脚的地方——有时甚至跨越整个脑区。科学家还发现，这些神经元中的一些在出生后很久仍在继续发育，特别是在大脑中涉及学习、决策和情绪的部分。这意味着可能有一个比以前认为更长的干预窗口期，可以帮助大脑自我重连，特别是对于有发育挑战的儿童。研究人员现在还可以确定不同疾病中受影响的特定GABA能神经元亚型，并开发更有针对性的治疗方法。
在第二项研究《小鼠视觉皮层发育中的连续细胞类型多样化》中，科学家将注意力转向了视觉皮层，即处理我们所见事物的大脑部分。他们追踪了从小鼠大脑发育最早期到青年期的超过770,000个单个细胞，并构建了视觉皮层中所有细胞类型的发育轨迹树。他们发现，脑细胞并非像以前认为的那样在出生前就完成发育。相反，新的细胞类型在动物的青年期继续形成，特别是在眼睛首次睁开或大脑开始学习处理视觉信息等关键时刻。这一发现表明，出生后的经历——如看见、听见或与世界互动——可能对大脑发育的影响远超我们之前的认知。这也意味着在大脑仍在构建和优化其神经回路的这些"临界期"，发育障碍在出生后可能仍然可以治疗。
出生后小鼠大脑空间多组学图谱，突显皮层神经元成熟和皮层与胼胝体中的少突胶质细胞分化及髓鞘形成。随着发育进展，胼胝体中的髓鞘形成呈现从外侧到内侧的进程。（图片来源：Zhang等，Nature）
在《全皮层原位测序揭示输入依赖性区域身份》研究中，研究人员使用BARseq这种高度专业化的基因测序技术，绘制了大脑皮层中数百万个单个神经元的基因表达图谱。研究人员发现，不同类型神经元的独特组合就像一种"细胞特征"，可以预测和定义脑区。一个关键发现是，感官体验（如视觉）在发育过程中也与脑区特化密切相关。
这些研究共同揭示了脑细胞生长、特化和连接的精确时间和模式。这些发现揭示了发育过程中的关键窗口期——有些甚至在出生后——此时大脑对变化特别敏感。这一宝贵见解对于理解和治疗生命最早阶段开始的儿童脑疾病具有重要意义。
【全文结束】
