一項全球合作繪製了世界上最全面的靈長類大腦圖譜，包含420 萬個細胞，揭示了特定區域的功能以及與神經系統疾病的關聯，為未來的大腦研究和疾病幹預鋪平了道路。對400 多萬個細胞進行分析，製作出迄今為止最大的圖譜，幫助探索人類大腦的進化以及疾病和治療的新目標。

科學界長期以來的一個謎團是，1 億多個獨立的神經元如何協同工作形成一個網絡，從而構成我們這個人的基礎–人類的每一種思想、情感和行為。

作為美國國立衛生研究院”腦細胞普查網絡”（Brain Initiative Cell Census Network）計畫的一部分，繪製這些細胞群的圖譜並發現它們的功能一直是全球數十名21 世紀分子製圖師的長期目標。此地圖集的總體目標是幫助神經科學研究的發展。該計畫的希望是讓科學家們能夠更好地了解大腦疾病以及自閉症和憂鬱症等疾病背後難以解開的醫學謎團。

現在，一系列新研究以前所未有的水平和規模揭示了大腦內部分子運作的廣泛特徵。

為了更好地了解人類和動物大腦的進化過程，由亞利桑那州立大學、賓夕法尼亞大學、華盛頓大學和布羅特曼-巴蒂研究所的科學家領導的研究小組繪製了世界上最大的靈長類大腦圖譜。

高級合著者、亞利桑那州立大學生命科學學院和進化與醫學中心副教授諾亞-斯奈德-麥克勒（Noah Snyder-Mackler）說：”繪製成年靈長類動物大腦中哪些細胞在哪裡以及它們在做什麼，對於理解人類認知和行為的進化以及確定當事情出錯並導致神經系統疾病時會發生什麼至關重要。”

他們的目標是識別和檢查許多腦細胞（神經元和非神經元），並利用最先進的單細胞技術進行全面的分子分析。

為此，他們使用了來自30 個不同腦區的樣本，逐個細胞繪製並建立了新的圖譜。最後繪製的圖譜由420 萬個成年靈長類大腦細胞圖譜組成。

華盛頓大學基因組科學教授兼布羅特曼-巴蒂研究所（Brotman Baty Institute）主任、資深合著者傑伊-申杜雷（Jay Shendure）說：”我們的數據是迄今為止靈長類動物中最大、最全面的多模態分子圖譜，對於探索大腦中的許多細胞如何結合在一起，從而產生包括人類在內的靈長類動物的複雜行為至關重要。”

高級合著者、賓州大學神經科學系、心理學系和行銷系教授 Michael Platt 表示：「這些數據也將為複雜的人類相關社會行為和疾病提供關鍵且急需的地圖，並為確定這些細胞和網絡在不同物種間的異同提供基礎。”

科學家們對每個細胞核的基因表現（258萬個轉錄組）和一整套互補DNA基因調控區（159萬個表觀組）進行了分析。綜合起來，這種”多組學”分析使作者能夠研究構成不同腦細胞類型的分子藍圖，從而有機會更詳細地研究甚至操縱關鍵細胞。

透過基因表現譜，他們能夠辨識出數百種分子上截然不同的腦細胞類型。他們還發現，整個大腦的細胞組成差異很大，揭示了特定區域功能的細胞特徵，從參與腦細胞交流的神經遞質到幫助供養和保護大腦免受阿茲海默症等疾病侵害的支持細胞。

他們利用數據研究了與神經系統疾病、失調、症候群、行為或其他特徵風險相關的53種表型。他們的研究結果捕捉了與神經系統疾病相關的細胞類別的已知作用，包括與心肌栓塞性中風或缺血性中風有關的細胞，而心肌栓塞性中風是導致神經系統疾病死亡的主要原因。

他們還發現，與阿茲海默症有關的基因往往位於小膠質細胞–大腦中保護神經元的主要免疫細胞才能進入的DNA調控區域內，這與全基因組關聯研究（GWAS）發現的小膠質細胞增殖和活化在阿茲海默症中的突出作用相一致。

他們發現的許多調控區域都是新的，這使得研究小組能夠在細胞層面上探索神經疾病風險的遺傳結構。共同第一作者、亞利桑那大學進化與醫學中心和生命科學學院博士後Kenneth Chiou 說：”我們發現了神經系統疾病的遺傳風險與特定細胞類型的表觀基因組狀態之間的許多關聯–其中一些尚未被聯繫起來。”

另一類細胞–籃狀細胞–富集了最多的GWAS表型，包括精神分裂症、躁鬱症、重度憂鬱症等疾病，以及最強烈的癲癇。他們還發現，在神經膠質OPC、少突膠質細胞和星狀細胞類的開放區域中，帕金森氏症相關位點也很豐富。

最後，他們在分析中發現，與注意力不足/過動症（ADHD）相關的遺傳位點僅在中棘神經元的開放區域中富集。中刺神經元透過活化星狀細胞介導的突觸生成，與行為過動和注意力紊亂有關。他們的研究結果表明，中刺神經元可能是未來過動症相關研究的一個有前途的新標靶。

現在，”多原子”圖譜共同為全球研究界提供了一個開放資源，用於進一步研究人類大腦的進化和確定疾病幹預的新靶點。