尽管我们所有的细胞都共享相同的DNA，但人类大脑中有成千上万种不同的细胞类型，每种细胞都有其独特的结构和功能。神经科学领域中一个长期存在的问题就是确定基因是如何被开启和关闭从而形成大脑中不同类型细胞的嵌合体，近日，发表在Nature杂志上的两篇研究报告中，来自加利福尼亚大学医学院等机构的科学家们就带我们揭开了这一谜团。
文章中，研究人员分析了来自小鼠机体230多万个单一的脑细胞，从而创建了小鼠大脑的综合图谱，同时他们利用人工智能来帮助预测能用来确定脑细胞类型的DNA片段；研究人员还观察了人类和灵长类动物的大脑，从而研究细胞用来开启和关闭基因表达的过程的进化情况。研究者Bing Ren说道，细胞的DNA就好像其语言一样，就像许多语言都有某些共同的词根一样，某些基因和基因的表达模式在不同物种中是保守的，学习理解并解释大脑中的分子语言或能帮助我们更多地理解大脑是如何工作的，以及在神经精神性疾病中大脑会发生什么变化等。
这两篇文章是加利福尼亚大学、Salk研究所等机构的研究人员所领导的10项研究中的一部分，这些研究描述了哺乳动物大脑中第一个完整的细胞类型图谱。这项研究是美国国立卫生研究院通过“推进创新性神经技术大脑研究计划”（简称“大脑计划”）中的一部分，该计划于2014年启动，旨在加深科学家们对大脑内部运作过程的理解，并改善对我们治疗、预防和治愈大脑相关疾病的方式。研究者Ren说道，这项研究能帮助我们在细胞水平上建立对大脑的基本理解，这或许也能帮助我们在基线和患有神经性和精神疾病的大脑之间进行比较，以这种方式对大脑进行研究或能帮助我们发现治疗相关大脑疾病的新型治疗性手段。
科学家成功解析脑细胞语言从而找出人类大脑疾病的症结所在
图片来源：Nature (2023). DOI:10.1038/s41586-023-06824-9
大脑计划中目标最远大的一项就是细胞普查网络（BICNN，Cell Census Network），其试图以前所未有的分子细节来描述人类脑细胞，并将其分为更精确的亚型，精确定位其在大脑中的位置，并追踪随着时间延续其细胞特征是如何发生改变的。今年早些时候，研究人员首次发表了人类大脑蓝图，其中确定了100种大脑细胞，而他们的新型小鼠大脑图谱补充了这项工作，big通过对不同物种的大脑进行特性分析和比较扩展了这项工作。
比如，通过比较小鼠的大脑和人类及非人类灵长类动物的大脑，研究人员就发现，特定细胞类型的基因表达模式要比跨细胞类型共享模式进化地快得多，这或许就能帮助解释为何大脑中有这么多不同类型的细胞。人类已经进化了数百万年，其中大部分进化史都是与其它动物共享的。仅仅来自人类的数据并不足以告诉我们我们想要知道的大脑如何发挥作用的相关信息，而通过利用其它哺乳动物来填补这些空白，我们或许就能继续回答这些问题，并通过提供更多数据来改进我们所使用的机器学习模型。
尽管“大脑计划”和BICCN仍是目前正在进行的项目，但一些见解已经被证明与人类疾病有关，比如，研究人员发现，许多决定细胞类型的遗传程序或许位于已经与人类疾有关的基因组部分，比如多发性硬化症、神经性厌食症和烟草使用障碍等，这或许有助于阐明人类神经精神疾病影响大脑健康的分子机制。最后，研究者说道，大脑并不是同质的，而且疾病并不会平等地影响大脑的所有部位，从这项研究和大脑计划中所获得的研究见解目前正在帮助研究人员更好地理解在特定疾病中哪些细胞类型会受到影响；他们也希望能为制定更为精确且更具靶向性的疗法铺平道路，且在不影响大脑其它部位健康的情况下帮助治愈疾病细胞。
