中国青年报客户端北京4月17日电(中青报·中青网记者张渺)记者从中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心获悉,今天,该中心发表于《科学》期刊的一项研究,揭开了灵长类大脑皮层组织的“根本原则”。

这项研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心刘赐融研究组和孙怡迪研究组、杭州华大生命科学研究院副研究员郝世杰、澳大利亚莫纳什大学教授马塞洛·罗萨团队合作完成,为长期以来关于大脑皮层扩张与组织起源的学术争论,提供了新的整合性解释。

“大脑皮层的扩张,就是从初级感觉皮层和旧皮质两个原始锚点出发,形成两条分子梯度,最终交汇出联合皮层的高级功能。”刘赐融用一句话概括了这项发现的本质。

大脑皮层是哺乳动物负责感觉处理、运动控制及高级认知功能的核心结构。在灵长类漫长的进化历程中,大脑皮层经历了剧烈的表面积扩张,形成了高度多样化的功能区域。这一复杂的皮层组织究竟是如何构建的,学界长期存在两种截然不同的理论推测。双重起源假说认为皮层源于海马和梨状皮层两类古老的异皮层,通过渐进层状分化向外扩张。而锚点/系带等多种假说认为,初级感觉皮层是皮层进化和发育的锚点。

要全景式解析灵长类大脑的组织原则,须将微观的基因表达信息与宏观的神经连接数据进行整合。然而,灵长类大脑体积巨大且皮层高度折叠(沟回),复杂的沟回导致二维切片往往难以垂直于皮层表面切割,无法完整采样皮层所有的层状结构,也极大地增加了二维切片数据进行三维重建、跨模态配准以及全脑可视化分析的难度。

此次研究团队选择“普通狨猴”作为模型,成为破解难题的关键一步。“狨猴大脑保留灵长类所有核心区域,且表面光滑无沟回,能完整采样皮层各层结构,大幅降低重建与配准难度。”刘赐融解释。

最终,团队的一系列发现统一了关于皮层起源的长期争论。“双重起源假说”所强调的古/异皮层,与“分子锚点假说”所强调的初级感觉皮层,实际上并非相互排斥的竞争理论,而是同一条组织轴线上方向相反、相互对抗的两个“对立锚点”。用刘赐融的话说,两个假说并不矛盾,只是“看到了同一轴线上的不同方向”。

“这个工作满足了我的期待:脑图谱不仅要揭示复杂性,更要让人看懂复杂性。”刘赐融坦言,“过去我们画出越来越多的脑区、连接、细胞类型,反而更难理解大脑;现在找到了背后的简单规律,就像拿到了城市的基础地形图,无论是做脑机接口定位,还是比较不同物种的大脑,都有了统一的坐标。”

这项研究确立了该梯度轴作为灵长类大脑组织的“核心骨架”,为深入理解灵长类大脑的演化与组织规律奠定了理论基石。正如刘赐融所言:“没有‘全脑介观神经联接图谱’大科学计划的平台,没有团队间的深度磨合,就不会有这些发现。未来的脑科学,需要更多人跨越学科的边界。”

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