中國(guó)團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜發(fā)布最精細(xì)黑猩猩腦圖譜 助力跨物種研究人腦演化

中新網(wǎng)北京1月14日電 (記者 孫自法)中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所(自動(dòng)化所)1月14日對(duì)外宣布，該所腦網(wǎng)絡(luò)組研究團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜中外多個(gè)科研機(jī)構(gòu)，最新研究繪制并發(fā)布國(guó)際上迄今最精細(xì)的黑猩猩腦圖譜——黑猩猩腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜，將助力跨物種研究人腦演化。

為促進(jìn)全球科研人員開(kāi)展合作研究，研究團(tuán)隊(duì)已公開(kāi)黑猩猩腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜的所有表面和體數(shù)據(jù)文件，以及支持論文圖表的源數(shù)據(jù)。

為理解人腦演化提供新視角

這一腦科學(xué)領(lǐng)域重要研究成果論文，由中國(guó)科學(xué)家主導(dǎo)并聯(lián)合美國(guó)、德國(guó)、比利時(shí)等高校合作伙伴共同完成，近日在開(kāi)放獲取的綜合性學(xué)術(shù)期刊《創(chuàng)新》(The Innovation)上線發(fā)表，其不僅為比較神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的研究提供了重要工具，也為理解人腦的演化提供了新的視角。

中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所腦網(wǎng)絡(luò)組研究團(tuán)隊(duì)表示，此次發(fā)布的黑猩猩腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜呈現(xiàn)黑猩猩腦部的詳細(xì)地圖，將成為神經(jīng)科學(xué)研究的重要資源，并為揭示人類(lèi)大腦獨(dú)特性提供新線索。

該研究通過(guò)將神經(jīng)影像數(shù)據(jù)與遺傳數(shù)據(jù)相結(jié)合，為人類(lèi)認(rèn)知能力演化的物種特異性差異提供了潛在的基因表達(dá)相關(guān)性。研究團(tuán)隊(duì)透露，后續(xù)工作將專(zhuān)注于建立更準(zhǔn)確的跨物種同源映射，進(jìn)一步拓展跨物種腦圖譜在理解神經(jīng)系統(tǒng)演化中的應(yīng)用。

繪制出黑猩猩腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜

研究團(tuán)隊(duì)介紹說(shuō)，黑猩猩是人類(lèi)親緣最近的靈長(zhǎng)類(lèi)親戚之一，與人類(lèi)共享大約600萬(wàn)至800萬(wàn)年前的共同祖先。盡管黑猩猩的大腦大小只有人類(lèi)的三分之一左右，但它們?cè)谏窠?jīng)解剖學(xué)和認(rèn)知功能上展現(xiàn)出許多相似之處，包括社會(huì)行為、工作記憶和工具使用。這些相似性使得黑猩猩成為理解人類(lèi)演化的關(guān)鍵比較對(duì)象。

不過(guò)，當(dāng)前跨物種神經(jīng)科學(xué)研究面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)，是缺乏具有生物學(xué)意義的標(biāo)準(zhǔn)化腦部參考系統(tǒng)。以往的比較分析嘗試通過(guò)細(xì)胞構(gòu)筑、髓鞘配布、宏觀解剖、功能連接模式、功能激活或這些特征的組合來(lái)定義物種間的同源大腦皮層區(qū)域，但由于構(gòu)建這些圖譜所使用的模態(tài)和尺度不一致，跨物種的直接比較十分困難。

本次研究成果的黑猩猩腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜。中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所 供圖

針對(duì)這一難題，在本項(xiàng)研究中，腦網(wǎng)絡(luò)組研究團(tuán)隊(duì)基于先前提出的利用腦連接信息繪制腦圖譜的基本思想，成功繪制出黑猩猩腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜。利用這一圖譜，研究團(tuán)隊(duì)重建同源白質(zhì)纖維束，并為人類(lèi)和黑猩猩構(gòu)建連接指紋圖，為在亞區(qū)級(jí)別進(jìn)行細(xì)粒度的跨物種腦連接差異分析以及識(shí)別相關(guān)的白質(zhì)束提供可能。

揭示與人腦連接模式顯著不同

研究團(tuán)隊(duì)表示，他們定量計(jì)算和比較了人和黑猩猩這兩類(lèi)物種的腦連接模式，并將物種間連接模式的差異對(duì)齊到一個(gè)共同的空間中，進(jìn)一步結(jié)合腦部轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，順利識(shí)別了與物種間連接模式差異相關(guān)的基因及其表達(dá)模式。

本項(xiàng)研究工作的圖文摘要。中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所 供圖

研究結(jié)果表明，黑猩猩腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜揭示了與人類(lèi)大腦皮層顯著不同的連接模式，特別是在外側(cè)顳葉和背外側(cè)前額葉皮層。這些差異與大腦皮層擴(kuò)張的模式不同，表明大腦皮層演化中的連接性變化可能比之前認(rèn)為的更為復(fù)雜和微妙。

此外，研究團(tuán)隊(duì)還研究發(fā)現(xiàn)物種間連接性不對(duì)稱(chēng)的區(qū)域，其形成可能與演化分歧有關(guān)。他們認(rèn)為，在這些連接性差異區(qū)域高表達(dá)的基因，富集在對(duì)皮層投射回路和突觸形成至關(guān)重要的細(xì)胞類(lèi)型中，表明這些基因在神經(jīng)回路的發(fā)展、功能和演化中發(fā)揮重要作用。(完)