“中国脑计划”系列成果登上《细胞》封面

xinwen.mobi · 发表于 2025-7-11 14:52:11

2025年7月，中国脑计划的系列成果以封面文章形式在《细胞》杂志集中发表，标志着我国在脑科学研究领域取得了重大突破。这些成果由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、华大生命科学研究院等30多家机构的300余名科学家共同完成，涵盖从啮齿类到灵长类的跨物种脑图谱绘制，以及脑疾病机制和类脑智能的前沿探索。一、核心成果：从单细胞到全脑联接的跨越1. 猕猴前额叶皮层单神经元分辨率全脑联接图谱团队首次绘制了猕猴前额叶皮层中2231个神经元的全脑投射路径，揭示了灵长类高级认知功能的神经基础。研究发现，猕猴神经元的轴突靶向具有高度专一性，分支更少且末梢分布更集中，这种“分工明确”的布线规则为类脑人工智能算法设计提供了关键启示。美国科学院院士罗伯特·德西蒙评价该成果为“杰作”，认为其填补了灵长类脑科学研究的空白。2. 屏状核时空图谱与意识机制探索利用时空组学技术Stereo-seq，团队绘制了全球首个非人灵长类屏状核的单细胞分辨率时空图谱。该结构被认为是意识整合的关键节点，研究发现其与全脑多个区域存在广泛联接，为验证“屏状核参与意识产生”的假说提供了直接证据。未来或可通过调控屏状核活动改善抑郁症等精神疾病。3. 阿尔茨海默病海马空间转录组图谱团队构建了阿尔茨海默病患者海马的单细胞分辨率时空动态图谱，发现特定细胞类型的基因表达异常与疾病进展相关，并识别出潜在的血液诊断标志物。蒲慕明院士表示，希望通过脑图谱研究将阿尔茨海默病的发病年龄推迟5-10年。4. 跨物种脑演化与发育规律系列成果覆盖爬行类、鸟类、啮齿类、非人灵长类和人类等物种，揭示了神经元类型和联接模式的演化保守性与差异性。例如，猕猴与小鼠的下丘脑发育路径存在显著差异，为理解脑功能的进化提供了新视角。二、技术突破：自主研发支撑国际领先1. 时空组学技术Stereo-seq 华大自主研发的Stereo-seq技术实现了500纳米分辨率的单细胞空间定位，视场达5厘米×3厘米，可同时捕获数百万细胞的基因表达和空间位置信息。该技术已应用于猕猴全脑皮层、蝾螈脑再生等研究，被《细胞》评价为“脑图谱绘制的革命性工具”。2. 单神经元形态重构与追踪严军团队开发的GAPR神经元追踪系统，结合高精度光学成像技术，实现了猕猴全脑神经元投射路径的三维全息重构。该技术突破了传统方法的局限，使解析复杂神经环路成为可能。3. 多模态数据整合与AI辅助分析面对猕猴脑图谱产生的超300TB数据，团队引入腾讯AI实验室的计算平台，结合天文领域的“公众科学”方法，开发多人在线标注工具，将数据分析效率提升数十倍。三、科学意义与应用前景1. 基础脑科学范式革新系列成果推动脑科学研究从“单个基因/细胞”的局部解析转向“全脑网络”的系统整合，为理解大脑工作原理提供了全新框架。师咏勇研究员指出，脑图谱计划可比作“生命科学的基因组计划”，其数据量和复杂度远超后者。2. 脑疾病诊疗新路径早期诊断：阿尔茨海默病的血液标志物和癫痫预警系统（提前40分钟预警，成功率92%）已进入临床试验。精准治疗：深部脑刺激（DBS）结合AI情绪解码治疗抑郁症，临床试验有效率达68%，显著优于传统药物。功能重建：天津大学团队通过脑机接口使截瘫患者意念控制机械臂抓握成功率提升至89%。3. 类脑智能的灵感源泉猕猴神经元的靶向专一性和模块化联接模式，启发了更高效的AI架构设计。例如，严军团队提出的“专一化投射”原则，可优化人工神经网络的信息处理效率，未来或应用于自动驾驶、复杂决策系统等领域。四、国际合作与影响力提升1. 全球协作网络构建成果涉及法国、瑞典、英国等多国机构合作，例如法国团队贡献了猕猴联接组数据，中国科学家反哺其技术优化。2025年9月，“国际介观灵长类脑图谱研究联盟”将正式成立，推动全球脑科学数据共享与标准制定。2. 学术话语权增强《细胞》首次以专辑形式集中呈现中国脑科学成果，且3篇论文创下“世界首次”。蒲慕明院士表示，中国脑计划“一体两翼”（基础研究+脑疾病、类脑智能）的布局，比欧美计划更具系统性和前瞻性。3. 技术输出与产业转化华大的Stereo-seq技术已授权给多家国际机构，用于肿瘤、植物发育等研究。脑机接口企业强脑科技的自闭症训练系统纳入医保，年服务超10万患者。五、伦理与政策保障中国发布首部《脑机接口研究伦理指引》，明确“保障健康、风险管控、信息公开”等原则，要求植入式设备必须通过灵长类动物实验和伦理审查，并设置物理关闭开关以防系统劫持。深圳出台全球首个《脑机接口数据管理条例》，要求数据本地化存储，平衡创新与隐私保护。此次成果集中发布标志着中国脑计划从“跟跑”转向“领跑”，其系统性、协同性的科研组织模式为大科学计划提供了范例。正如蒲慕明院士所言：“我们正在绘制大脑的‘元素周期表’，这将为理解生命本质和解决人类重大疾病开辟新的路径。”

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