人类大脑新认知！《科学》研究揭示大脑皮层的起源|丘脑|大脑皮层|新认知|梯度|科学|细胞

来源：学术经纬

人类的大脑皮层是感知世界、思考问题、做出行动的重要基础。但关于皮层，一直有一个根本性的问题长期困扰着神经科学家：皮层究竟是怎么组织起来的？

历史上，有两种观点争论不休。一种认为皮层是从海马、梨状皮层等古老的异皮层结构向外扩展的；另一种则坚持初级感觉区域才是驱动皮层发育和进化的关键锚点。这两类理论代表了探索皮层起源的不同视角。

近日，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联合华大研究院等多家单位合作在《科学》发表了重磅论文，研究团队为这一科学争论带来了新的转折。研究整合多项技术，对狨猴大脑构建了首个多模态分子图谱。结果显示，皮层差异并非随机分布，而是形成了一条清晰的双极梯度轴——Pr-Al轴。

著名神经解剖学家 George Paxinos 教授在其评论文章Two Gradients, One Cortex中指出，与其纠结皮层究竟始于哪一端，不如观察这两极如何共同塑造了皮层全局。这一发现揭示了大脑皮层的本质：它并非由孤立区域拼接而成的地图，而是一个由相对锚点共同牵引、动态生成的连续梯度系统。

根据论文，这条Pr-AI轴的一端是Pr梯度，来自初级感觉皮层，也就是负责视觉、听觉和躯体感觉的区域；另一端是Al梯度，来自异皮层及其周边区域，包括内嗅皮层和梨状皮层。这两个梯度在空间上互为镜像，共同定义了皮层细胞类型和基因表达的主要特征。

Paxinos 教授指出，过去看似互相排斥的两种视角，实际上分别抓住了同一组织原则的两个端点。皮层的多样性，正是沿着这条轴线连续变化而生的。

▲一条对立分子梯度轴，串联灵长类大脑皮层的分子、功能与连接组织（图片来源：研究团队）

值得一提的是，Paxinos 教授将这条 Pr-Al 轴与耶鲁大学团队近期提出的MIND模型联系到了一起。MIND模型确定了一条具有强烈负相关转录程序的感觉运动-联合-边缘系统 (S-A-L) 轴。

在Paxinos教授看来，新研究团队确定的 Pr-Al 轴和耶鲁大学团队描述的 S-A-L 轴在功能上是等效的：初级感觉区对应感觉运动皮层，而异皮层区域对应边缘区域。

两项研究共同发现，这样的皮层组织逻辑并非狨猴独有。

Paxinos教授指出，新研究的团队重新分析了小鼠、猕猴和人类的数据，证实相同的Pr-AI梯度在跨物种间普遍存在。耶鲁大学的研究则证明，关键的分子表达模式从鸟类到灵长类都是保守的。这些发现共同确立了对立梯度框架是一个跨越至少9000万年大脑进化史的基本保守原则。

与此同时，这条轴又表现出动态的发育过程。新研究发现从出生到成年，Pr-Al轴逐渐锐化；而MIND模型则发现在胎儿发育期间，基因表达就已经开始向功能性轴转变。两项研究分别捕捉了分子程序的产前诱导和产后巩固，共同描绘了一幅完整的皮层发育成熟图景。

▲从两种理论到同一条轴：皮层组织统一框架（图片来源：研究团队）

此外，新研究发现灵长类中的丘脑-皮层分子对应比小鼠更紧密，这可能与丘脑轴突更早到达并与皮层祖细胞进行长时间互动有关。这一点对于理解灵长类大脑尤其重要。

新研究将一个关于大脑的复杂谜题，压缩成了一个清晰的组织图景。Paxinos 教授认为，这项工作的核心意义也正是在于确立了对立梯度框架作为大脑皮层的一个基本组织原则。

在传统视角下，皮层常被看作一系列脑区的集合：视觉区、听觉区、体感区……每个区域都有自己的边界和功能。而在新的梯度框架下，皮层呈现为一个连续变化的系统。脑区并不是彼此割裂再拼接而成的，而是在感觉皮层极和异皮层极之间的分子梯度中逐步涌现的。清晰的分子边界出现在对立梯度相交的地方，这为区域特化提供了机制基础。

Paxinos 教授还在评论文章指出，梯度交叉区可能是多模态感觉流的汇聚枢纽，这或许有助于解释这些区域为什么参与抽象认知，也为什么在神经精神疾病中更容易受到影响。

参考资料：

[1] Huang Z, Yang Q, Li S, Zhu X, Wang H, Lin J, et al. An opposing molecular gradient axis underlies primate cortical organization. Science. 2026;392(6795):eaea2673. doi:10.1126/science.aea2673.

[2] Paxinos G, Kassem MS. Two Gradients, One Cortex. National Science Review. 2026; nwag235. doi:10.1093/nsr/nwag235.

[3] Tsyporin J, Zhang M, Qi C, Segal A, Finn T, Kim H, et al. Competing Programs Shape Cortical Sensorimotor-Association Axis Development. bioRxiv. 2025 Jun 27:2025.06.26.660775. doi:10.1101/2025.06.26.660775.

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