小鼠的大脑中有多少种不同的细胞簇？它们位于哪里，功能是什么？一个大型国际研究团队已经解决了这个极其困难的难题，并展示了小鼠大脑的完整细胞图谱。
脑研究促进创新神经技术 (BRAIN) 计划细胞普查网络的专家记录了超过 5300 个不同的细胞簇，正如他们在 Nature 上发表的 10 篇论文 中报告的那样。 事实证明，细胞簇分布在大脑的特定区域，并且因其位置而异。 哺乳动物大脑的这种复杂结构显然是长期进化过程的结果。 曾红葵，西雅图艾伦脑科学研究所所长 也是多项研究的合著者，他确信 新的大脑图谱将使研究人员最终了解大脑是如何组织的。
对于科学家来说，选择家鼠（Mus musculus）的大脑是显而易见的：这种啮齿动物是生物学和医学领域卓越的模式生物。 它为创建哺乳动物大脑的示范图谱提供了最佳途径。
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研究人员采用了多种分析方法进行研究，包括不同的单细胞分析。 这些可用于研究脑细胞的遗传活动。 其中，目的是找出小鼠脑细胞产生了哪些信使 RNA (mRNA)。 基于各种 RNA 片段，科学家们随后能够推断出大脑中有多少种不同的细胞簇，因为每种细胞簇都会产生 mRNA 分子的特征性签名。
与此同时，该团队还确定了细胞在大脑中的空间位置。 这就是这个庞大项目的特殊之处：所有参与的研究人员不仅首次绘制了“整个小鼠大脑”的地图，而且还使用了空间转录组学，从而可以将“细胞类型放置在其天然组织环境中”，哥伦比亚大学神经病学家 Maria Antonietta Tosches 在Nature 的一篇随附评论中写道 。
研究人员对数百万个细胞进行了测序，并收集了它们在啮齿动物大脑中的位置数据。 然后，该团队将脑细胞分为四个层次，总共包含 5322 个簇。 专家们还绘制了各个簇如何相互作用以及如何在神经递质和神经肽的帮助下相互接触。
这 10 项研究产生了大量成果。 在大脑深处——下丘脑、中脑和后脑区域——细胞类型的范围比进化上更年轻的大脑皮层要大得多。 “这些发现表明，不同的规则支配着整个大脑的神经元多样性，这可能是因为每个区域都在不同的约束下进化，”Tosches 在 Nature 评论中解释道。 这种差异可能与大脑皮层以下的部分在进化过程中变化较小有关，而上部则变化较大——可能是因为下部控制着更多的身体基本功能。
新研究的结果也应支持 绘制人脑地图 的现有计划。 所有这些研究的一个目标是改善神经退行性疾病和神经系统疾病的治疗。 例如，众所周知，许多疾病发生在特定的大脑区域——可能是因为特定的细胞类型发生了变化。 曾表示，大脑图谱可用于开发基因疗法或药物，以直接靶向细胞，从而减少药物的副作用。
研究人员还希望他们的图谱能够激发许多其他研究项目。 弄清细胞的功能及其在疾病中的作用可能会让该团队在未来 20 年内一直忙碌。
本文最初发表于《Spektrum der Wissenschaft》，经许可转载。