中国脑图谱研究取得重大突破 三百余科研人员联合攻关绘制高精度"大脑地图"

脑图谱被视为脑科学研究的重要“底座工程”。

如果不能在足够精细的尺度上识别不同类型神经细胞、定位其空间分布并描绘它们之间的联接网络,关于认知与行为的机理解释就难以建立统一框架,针对脑疾病的靶点发现和诊疗路径也缺少可验证的结构依据。

此次集中发布的10项成果,覆盖两项新技术路径的推进与8项基础研究的系列突破,并实现从啮齿类到灵长类介观图谱的绘制与衔接,体现出我国脑图谱建设从“点上突破”向“体系化集成”的阶段性跃迁。

问题在于,大脑结构的复杂性决定了脑图谱绘制既是科学问题,也是工程问题。

以人脑为例,神经元数量达数百亿级,突触联接呈数量级扩张;不同功能细胞在极小空间中高度密集,且信号背景复杂、组织处理与成像链条长、数据规模巨大。

过去以单个课题组为主的研究模式,往往难以覆盖样品制备、成像、算法分析、数据库建设与生物学验证等全流程,限制了成果的可重复、可对比与可扩展。

原因在于,脑图谱研究需要长期稳定的技术迭代、跨机构平台协作以及标准化的数据体系支撑。

我国在“十三五”“十四五”期间将脑科学列为重点方向,并在2021年启动“脑科学与类脑科学研究”相关计划,明确以认知神经基础研究为主体,同时面向脑疾病诊治与相关技术探索两翼协同推进。

在这一顶层设计下,研究组织方式加快从“分散攻关”转向“建制化协同”。

由中国科学院等单位联合多家高校和科研机构形成的研究网络,围绕核心目标构建“技术研发—数据采集—解析应用”的闭环,推动通用平台建设与关键方法迭代,从而为多团队并行、分工协作提供制度化依托。

影响体现在三个层面:其一,提升了对大脑细胞类型多样性与联接规律的解析精度。

单细胞分辨率下的分类、定位与联接描绘,使得不同区域、不同细胞群在网络中的角色更可量化比较,为解释信息处理路径提供更清晰的结构证据。

其二,推动从模型动物到灵长类的跨物种对照研究。

灵长类在脑区结构与高级认知相关环路方面更接近人类,相关图谱的完善有助于缩小基础研究与临床转化之间的“物种鸿沟”。

其三,为脑疾病分子机制研究提供更细颗粒度的参照系。

将细胞类型、空间位置、联接关系与分子特征相结合,有望提高对疾病相关细胞群与通路的识别效率,促进候选靶点筛选与验证。

对策方面,脑图谱工作要持续产出高质量、可复用成果,关键在于进一步夯实“标准、平台、人才、数据”四个支点:一是强化标准体系建设,包括样品处理、成像参数、标注规范与数据共享格式,提升跨项目、跨机构数据的可比性与可整合性;二是加快共性技术平台迭代,在成像速度、分辨率、自动化程度与算法能力上形成持续升级机制,降低大规模数据获取与处理成本;三是完善跨学科人才培养与协同机制,推动神经生物学、工程技术、计算科学与临床研究之间形成稳定接口;四是推进数据资源开放共享与安全合规并重,在保护知识产权与伦理规范前提下,提升资源利用效率,服务更广泛的科研与应用需求。

前景上,脑图谱的价值不仅在于“画出一张图”,更在于以图谱为基准建立可检验的理论、可迭代的模型与可转化的路径。

随着灵长类图谱不断完善、跨尺度数据逐步贯通,以及数据分析方法与实验验证体系同步提升,未来有望在认知功能机制解析、脑疾病早期识别与精准干预、以及相关技术的基础支撑等方面形成更多可落地的成果。

业内人士认为,持续的组织化攻关将成为大科学计划实现长期目标的重要保障,也将推动我国在该领域形成更稳定的国际合作与学术引领能力。

人类对大脑的认知仍处于起步阶段,就像站在辽阔海洋的岸边。

中国科学家此次完成的跨物种脑图谱绘制,不仅为脑科学研究提供了重要基础工具,更展现了协同创新、集体攻关的科研范式的强大生命力。

这场探索大脑奥秘的科学长征中,中国科学家正以坚实的步伐,向着揭示生命终极奥秘的宏伟目标稳步迈进。