戏说猕猴脑皮层图谱丨脑智擘未来

作者: 孟娟

来源: 中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心

发布日期: 2022-07-16 08:00:03

本文介绍了脑科学的重要性,以及神经学家Paul MacLean的“三位一体的大脑”假说,详细描述了大脑新皮层神经元的发育和分区,以及最新的单细胞测序技术在脑研究中的应用,展示了脑中所有细胞类型的分布图,并探讨了这些研究可能对未来临床应用的影响。

编者按:脑科学对各种脑功能的解析、脑疾病的诊断治疗、类脑智能和脑机接口的技术开发,都具有非常重要的意义,中科院之声与中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心联合开设“脑智擘未来”专栏,为大家解读视觉、学习记忆、注意力、抉择、意识、语言、共情、合作等日常生活中常见行为和现象的研究方式和科学发现。

1970年,神经学家Paul MacLean/保罗提出了关于“三位一体的大脑”的假说,他认为依据动物在进化史上的顺序,从爬行动物到古哺乳动物、新哺乳动物脑;可将目前人类大脑分成三个部分:本能脑、情感脑、理性脑。大脑作为人体最重要的组成器官,但是大概只占身体比重的2%,成年人的大脑大约1.5kg,灵长类动物猕猴成年时期的大脑也只约87g。

而新皮层中的神经元是自胚胎时期就开始蓄力生长发育,一开始这些神经细胞都来自同一个母体,通过分裂分化不断增加。这些神经元不只是阶级特征明显,也是群居性细胞,有着相同功能的神经元喜欢抱团在一起,渐而可以看到整个新皮层被分为四个大区,各有神经元统辖管理自己的区域。首先是额叶,是脑门上的这块区域,这里的神经元都极具数学天赋,十分擅长计算。颞叶中的神经元对声音和语言更为敏感,往往具备成为音乐家的天赋。

枕叶中的神经元和我们的眼睛搭配一起为我们带来极致的视觉体验。而顶叶作为整个脑袋的最上方,负责整合各种感官信息,让我们感受外界并作出反应,就像灵敏的运动员。因为这些神经元的发展越来越猛烈,引起了一些科研人员的注意,然后在技术党们新研发的单细胞测序技术的帮助下,人类开始从分子水平上获取这些神经元在皮层中的组成类型。

2020年,两个名叫“神经所”和“华大”的组织来势汹汹,一个本着与神经元同一姓氏想要更好了解自己家族企业的目的,一个带着叫空间转录组的新型工具。首先把大脑从前到后进行切片,再贴到这些特制的芯片上,便可以捕获这些神经元,区分它们的类别,还可以同时定位到具体的位置,找到它们的老家。这就是脑中所有细胞类型的分布图,从而这些神经元来自何种阶级,上层还是下层,抑或是来自四大区的那一区都会现于人前。

还可以再深入研究一些分布特殊,或者是说掌握重要情报的神经元,如绿色的这种神经元倾向分布在前方,红色的主要分布在后方。我们可以进一步探讨他们与一些常见神经性疾病的关系。当然这些都是最基础的脑研究,距离真正的临床应用还有遥远的距离,但我们相信,不断积累的基础研究结果终有一天能走入我们的日常生活,发挥实处。

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