小鼠的大腦中有多少種不同的細胞簇？它們位於哪裡，功能是什麼？一個大型國際研究團隊已經解決了這個極其困難的難題，並展示了小鼠大腦的完整細胞圖譜。
腦研究促進創新神經技術 (BRAIN) 計劃細胞普查網路的專家記錄了超過 5300 個不同的細胞簇，正如他們在 Nature 上發表的 10 篇論文 中報告的那樣。 事實證明，細胞簇分佈在大腦的特定區域，並且因其位置而異。 哺乳動物大腦的這種複雜結構顯然是長期進化過程的結果。 曾紅葵，西雅圖艾倫腦科學研究所所長 也是多項研究的合著者，他確信 新的大腦圖譜將使研究人員最終了解大腦是如何組織的。
對於科學家來說，選擇家鼠（Mus musculus）的大腦是顯而易見的：這種齧齒動物是生物學和醫學領域卓越的模式生物。 它為建立哺乳動物大腦的示範圖譜提供了最佳途徑。
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研究人員採用了多種分析方法進行研究，包括不同的單細胞分析。 這些可用於研究腦細胞的遺傳活動。 其中，目的是找出小鼠腦細胞產生了哪些信使 RNA (mRNA)。 基於各種 RNA 片段，科學家們隨後能夠推斷出大腦中有多少種不同的細胞簇，因為每種細胞簇都會產生 mRNA 分子的特徵性簽名。
與此同時，該團隊還確定了細胞在大腦中的空間位置。 這就是這個龐大專案的特殊之處：所有參與的研究人員不僅首次繪製了“整個小鼠大腦”的地圖，而且還使用了空間轉錄組學，從而可以將“細胞型別放置在其天然組織環境中”，哥倫比亞大學神經病學家 Maria Antonietta Tosches 在Nature 的一篇隨附評論中寫道 。
研究人員對數百萬個細胞進行了測序，並收集了它們在齧齒動物大腦中的位置資料。 然後，該團隊將腦細胞分為四個層次，總共包含 5322 個簇。 專家們還繪製了各個簇如何相互作用以及如何在神經遞質和神經肽的幫助下相互接觸。
這 10 項研究產生了大量成果。 在大腦深處——下丘腦、中腦和後腦區域——細胞型別的範圍比進化上更年輕的大腦皮層要大得多。 “這些發現表明，不同的規則支配著整個大腦的神經元多樣性，這可能是因為每個區域都在不同的約束下進化，”Tosches 在 Nature 評論中解釋道。 這種差異可能與大腦皮層以下的部分在進化過程中變化較小有關，而上部則變化較大——可能是因為下部控制著更多的身體基本功能。
新研究的結果也應支援 繪製人腦地圖 的現有計劃。 所有這些研究的一個目標是改善神經退行性疾病和神經系統疾病的治療。 例如，眾所周知，許多疾病發生在特定的大腦區域——可能是因為特定的細胞型別發生了變化。 曾表示，大腦圖譜可用於開發基因療法或藥物，以直接靶向細胞，從而減少藥物的副作用。
研究人員還希望他們的圖譜能夠激發許多其他研究專案。 弄清細胞的功能及其在疾病中的作用可能會讓該團隊在未來 20 年內一直忙碌。
本文最初發表於《Spektrum der Wissenschaft》，經許可轉載。