刘赐融盯着屏幕上两组方向完全相反的分子信号时,意识到困扰学界几十年的争论可能有了答案。
这位中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心的研究员,与孙怡迪团队及华大研究院合作,在4月17日发表于《科学》的研究中,首次以跨尺度证据揭示了大脑皮层的双重起源机制。
两个"源头"如何共存
大脑皮层作为感觉、运动和高级认知的"总指挥部",其起源长期存在两种对立假说。
双重起源假说认为皮层源于海马和梨状皮层两类古老异皮层,通过渐进层状分化向外扩张;锚点假说则主张初级感觉皮层才是皮层进化和发育的核心锚点。
这两派理论的冲突,根源在于既往研究多局限于单一物种或单一尺度——要么只看基因程序,要么只测脑网络架构,缺乏系统性证据。
刘赐融团队采用了跨物种、多模态的研究策略。他们发现皮层存在两个真正的"源头":一个以异皮层为起点,一个以初级感觉皮层为起点,形成两个方向对立的分子梯度。
这两个梯度并非非此即彼,而是像两股相互作用的力量,共同构建皮层的复杂蓝图。
"互斥分子梯度"的统一框架
研究团队提出的核心概念是"互斥分子梯度"——这是灵长类大脑皮层组织的根本原则。
该梯度轴的独特价值在于连接了微观与宏观:一端是分子特征,另一端是解剖功能架构。它为精确界定皮层边界、解析皮层-皮层下关系、刻画功能网络提供了生物学基础。
刘赐融表示:「这一发现将助力解析大脑功能网络的分布规律。」
具体而言,未来在脑疾病诊断、脑机接口等临床与前沿研究中,研究人员能据此更精准地"定位"脑区——知道某个功能异常究竟源于哪个梯度系统的紊乱。
为什么是灵长类的"核心骨架"
这项工作被团队定义为灵长类大脑组织的"核心骨架",而非普通的功能模块发现。
原因在于:该梯度轴统一了关于皮层扩张起源的长期争论,为理解灵长类大脑的演化与组织规律奠定了理论基石。
从应用维度看,脑机接口的电极植入位置选择、神经退行性疾病的早期标记物筛选,都可能因这一框架而优化。当两个分子梯度的交互机制被完全解析,人工模拟或修复皮层功能将获得更清晰的工程路径。
该研究4月17日发表于《科学》,论文DOI: 10.1126/science.aea2673。
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