科学家们创建了迄今为止最详细的脑发育图谱，展示了我们的大脑在胚胎发育和早期生命中如何从干细胞分化而来。在《自然》杂志昨日发表的包含五篇论文的特辑中，研究人员追踪了人类和小鼠大脑皮层中的数十万个早期脑细胞，并以前所未有的精度捕捉了产生神经元和支持细胞混合物的分子事件。
“这实际上是发育中大脑任何‘细胞图谱’的初步草稿，”西雅图艾伦脑科学研究所（Allen Institute for Brain Science）执行副总裁兼董事、该特辑中两篇论文的合著者曾宏奎（Hongkui Zeng）表示。
这些图谱可能为研究自闭症和精神分裂症等神经疾病提供新方法。曾宏奎表示，研究人员现在可以“挖掘数据，找到对特定细胞类型在特定时间点的关键事件可能至关重要的基因”。“我们即将迎来一个非常激动人心的时期，”英国牛津大学发育神经科学家佐尔坦·莫拉尔（Zoltán Molnár）补充道，他未参与任何这些研究。
这项工作是BRAIN Initiative Cell Atlas Network（BICAN）的一部分——该计划由美国国立卫生研究院（NIH）通过BRAIN Initiative于2022年启动，获得5亿美元资金，用于构建哺乳动物大脑的参考图谱。
发育模式
其中两篇论文绘制了小鼠大脑皮层的部分区域——涉及认知功能和感知的大脑区域。
曾宏奎及其同事专注于视觉皮层如何从11.5天大的胚胎发育到56天大的小鼠。他们创建了一个包含568,654个单细胞的图谱，识别出148个细胞簇和714个亚型。曾宏奎表示：“这是第一个完整的皮层发育高分辨率图谱，包括产前和产后阶段。”
她表示，一个意外发现是许多神经元在出生后继续获得特化身份，特别是在出生后第11天（小鼠首次睁开眼睛）到第21天之间。
另一项研究聚焦于人类胎儿的脑发育。加州大学旧金山分校（University of California, San Francisco）神经科学家托马斯·诺瓦科夫斯基（Tomasz Nowakowski）表示，不同类型脑细胞如何出现“是发育神经生物学中长期存在的问题”。他和同事们使用从八个处于不同发育阶段的人类胎儿收集的脑组织，创建了人类皮层细胞的谱系图。
他们在这些组织中识别出6,402个祖细胞，并为每个祖细胞插入了独特的DNA“条形码”。当细胞分裂时，条形码被复制并传递给子细胞——使研究人员能够追踪哪些干细胞生成了哪些类型的脑细胞。
诺瓦科夫斯基及其团队发现，在不到20周的胎儿中，祖细胞主要发育为兴奋性神经元，这些神经元传递电信号以激活其他神经元。但在20周后，细胞转变为生成抑制性神经元，这些神经元阻止神经元通信。莫拉尔表示：“这展示了这些祖细胞如何从一种类型转变为另一种类型。”
诺瓦科夫斯基补充说，团队还观察到，人类中其他类型脑细胞——称为星形胶质细胞（astrocytes）和少突胶质细胞（oligodendrocytes）——的生成“似乎比在小鼠中更连续且更持久”。
诺瓦科夫斯基表示：“我们实际上不知道是什么控制着所有这些发育程序和开关，或者为什么它们在发育过程中发生，尤其是在如此精确的时刻。”他补充说，解决这些问题将是未来研究的关键目标。
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