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脑科学是研究大脑结构、功能及智能机制的前沿学科，其核心挑战在于大脑的极端复杂性——人类大脑约860亿神经元（以及同等数量级的非神经元细胞）通过数十万亿突触形成动态网络，兼具遗传编码的精密性和环境塑造的可塑性。作为自然界最复杂的系统之一，大脑在微观分子活动到宏观意识行为的跨尺度关联中仍存在大量未解之谜。
当前，该领域的前沿探索主要集中在绘制全脑神经图谱（如中、美、欧脑计划）、解码记忆与决策机制、开发脑机接口及类脑AI模型等，其突破将深刻革新神经疾病治疗、人工智能及人类对认知本质的理解。比如，中国脑计划的“一体两翼”，聚焦于脑认知原理解析、脑疾病干预治疗和类脑智能技术研发三大方向，旨在推动神经科学、医疗健康与人工智能的跨学科突破。
大脑究竟是如何创造意识、储存记忆、支配行为的？它一旦受损，又该如何修复？在面对各种疾病时，怎样才能恢复脑的平衡与健康？解析脑科学的复杂系统，单一学科的单点突破已难解构这种跨尺度、多模态的混沌交响，需突破学科壁垒，汇聚神经科学、AI大数据，甚至数学、物理与临床医学等多领域智慧，构建全球协作的大科学范式的研究网络，才能绘制出生命智能的全息图谱。
近年来，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、华大生命科学研究院等国内外多家单位联合开展的脑科学国际大科学研究已取得诸多突破性成果，陆续发表在Cell、Nature、Science等国际顶级学术期刊，实现了“CNS大满贯”。
那么，这些进展将如何帮助我们应对脑疾病带来的挑战，助力精准医学？今天，小编带大家一起，了解这些重磅研究中，解锁生命的更多可能。
猕猴，作为与人类最为接近的非人类灵长类物种，一直以来都是神经科学研究的重要对象。其生理结构和大脑功能的高度相似性，使猕猴成为了探索人类大脑的自然桥梁。通过研究猕猴的大脑，科学家们不仅能够揭示大脑的复杂运作机制，还能为破解人类大脑的奥秘提供宝贵线索。
大脑就像一座错综复杂的城市，每个区域都有着独特的功能和任务。要真正理解这座城市，我们需要一张详尽的“地图”。接下来，小编将带你一起走进猕猴大脑的“地图”，展示如何通过精细的图谱，揭开大脑结构与功能的奥秘。
01 猕猴全身器官单细胞图谱：寻找人类的"生物镜像"
食蟹猕猴45个组织或器官114万个细胞的“地图”，“地图”上113种颜色代表着113种细胞类型
2022年，研究团队成功绘制了全球首个非人类灵长类动物——猕猴的全身器官单细胞图谱。这一图谱涵盖了猕猴包括大脑在内的45个组织，约114万个细胞的基因信息，实现了对猕猴各器官分子构成的深入解析，不仅成为研究物种进化的重要资源，也为理解人类疾病、药物筛选以及生物医学发展提供了关键工具。它让我们得以在细胞层面上窥见猕猴与人类的相似性，为揭示人类疾病的分子机制和探索治疗方法提供了全新的视角和资源。
02 猕猴大脑皮层空间区域：大脑皮层的"城市功能区划"
猕猴大脑皮层细胞类型空间分布图谱
大脑皮层是大脑最外层的组织，承担着感知、思维、决策等多重复杂功能。2023年，研究团队在这一研究方向上取得了突破性进展，完成了猕猴大脑皮层的单细胞空间转录组图谱。依托自主研发的时空组学技术Stereo-seq，科学家们详细绘制了猕猴大脑皮层的细胞类型分类树，并揭示了大脑皮层各个区域间复杂的神经网络及层级结构。
这项研究不仅有助于深入理解猕猴大脑皮层细胞的分布与功能，还将为进一步研究神经元之间如何精密连接、如何共同作用提供分子基础，对理解大脑的认知功能、神经疾病的发生机制，也具有重要的启示意义。
03 猕猴屏状核关键脑结构发现意识的"总控开关"
灵长类意识产生关键脑区屏状核的细胞与联接图谱
除了大脑皮层，大脑中的屏状核也是一个至关重要的结构。它在意识的产生、信息的整合和传递过程中扮演着核心角色。2025年，研究团队在一项创新研究中成功绘制了猕猴屏状核的单细胞空间图谱。研究发现，猕猴的屏状核与大脑皮层及皮层下核团等多个区域存在密切联系，成为大脑信息传递的关键枢纽。同时，屏状核在前后轴方向的神经联系也异常广泛。这为我们理解人类意识的进化与产生机制提供了崭新视角。
科学家们还发现，与啮齿类动物相比，猕猴屏状核的结构、细胞类型及其分布方式存在显著差异。这为探索灵长类动物与人类大脑之间的演化差异提供了宝贵的线索，也为我们更好地理解大脑意识的产生机制提供了关键理论支持。
你是否想过，为什么科学家要将小鼠、猕猴甚至人类的脑进行对比研究？这是因为，通过跨物种的研究，科学家们不仅可以找到脑结构的共性，还可以揭示物种间的差异，推动脑的演化和功能研究。
在绘制了不同物种的脑的“地图”之后，就需要解读这些信息的“钥匙”。华大自主研发的分子全息技术、单细胞转录组技术等先进技术方法，就为我们更清晰地看到大脑的每一层次、每一个细胞之间的精细联系提供了核心工具。
01 3D分子全息技术：看见细胞的"立体人生"
Spateo：3D空间转录组学建模的综合框架
2024年，借鉴物理学、地理学、经济学等多个跨学科领域的数学模型，华大生命科学研究院开创性地开发了分子全息技术——三维时空建模工具包Spateo。这项技术能够将分子数据从传统的二维图谱转化为三维建模，让我们能更精确地捕捉大脑结构的复杂性。
Spateo技术的应用，不仅为小脑图谱提供了全新的三维空间视角，也深刻影响了整个脑科学的研究方向。基于先进的算法和时空建模方法，Spateo技术能够从连续的2D切片中重建出三维的大脑模型，为我们提供从单个细胞到整个胚胎的数字化空间框架。这项创新技术使我们能够更加深入地理解大脑的发育过程、神经元的迁移模式以及细胞间的相互作用，为脑科学、疾病研究以及胚胎发育提供了更加精准的分析工具。
02 跨物种小脑图谱：解密脑的“运动协调”中枢
小脑皮层分子和细胞组织的跨物种比较
小脑是大脑中负责协调运动、平衡和学习的关键区域，其在不同物种中的结构和功能差异极为显著。2024年，研究团队突破性地完成了猕猴、狨猴和小鼠的小脑空间转录组图谱。这一图谱不仅揭示了小脑内细胞的种类、基因表达模式及其空间分布，还为小脑相关疾病的研究提供了新的方向。
同时，通过进行跨物种比较，科学家们揭示了这三个物种在小脑细胞构成上的差异，加深了我们对物种间运动控制和协调功能差异的理解。例如，通过基因表达图谱分析，研究团队发现，不同细胞类型在小脑中的空间分布与物种的运动习惯密切相关。这不仅为我们了解小脑在不同物种中的演化提供了数据支持，也为小脑相关疾病，特别是运动障碍和神经退行性疾病的机制研究提供了新思路，揭示了潜在的分子标记和治疗靶点。
03 跨物种下丘脑图谱：解码脑的"神经调控"中枢
跨物种下丘脑发育及演化机制
下丘脑作为调控代谢、睡眠和情绪的核心枢纽，在不同物种中展现出独特的进化特征。2025年，研究团队创新性地构建了人类、猕猴和小鼠的下丘脑发育时空图谱。这项研究不仅系统解析了下丘脑细胞的类型组成、基因表达动态和空间定位特征，更为代谢性疾病和精神障碍的研究开辟了新途径。
通过跨物种比较分析，研究团队首次揭示了灵长类动物下丘脑的特有进化模式。研究发现，人类下丘脑中存在独特的ONECUT1+LHX1+神经元亚群，其神经递质耦合方式与啮齿类动物存在显著差异。这些发现不仅阐明了物种间神经调控功能的进化轨迹，也为开发针对糖尿病、睡眠障碍等疾病的精准治疗方案提供了重要的分子靶点，推动了转化医学研究的新突破。
04 小鼠全脑图谱：助力揭示人类大脑演化路径
鼠脑单细胞全空间转录组图谱
2025年，研究团队发布了小鼠全脑的单细胞空间转录组图谱。其一大亮点是成功识别了神经元亚型在空间中的分布特征。例如，研究人员在小鼠脑干运动核团中发现了不同类型的运动神经元亚型，为运动控制的分子机制研究提供了宝贵的线索。此外，小鼠全脑图谱还揭示了部分非神经元细胞在大脑不同区域的富集特征，进一步扩展了我们对大脑细胞分布和功能多样性的理解。
此外，该研究还为跨物种比较提供了重要的数据支持。与猕猴的大脑相比，小鼠的大脑结构存在许多不同之处，而这一图谱则帮助我们深入理解了这些差异，为我们进一步理解人类大脑的演化路径和功能多样性提供了宝贵的视角。
从蝾螈大脑的自我修复能力，到猕猴下丘脑在代谢性疾病中的作用，再到阿尔茨海默病（AD）患者海马的精细研究，近年来，研究团队的这些前沿研究不仅帮助我们理解大脑如何在疾病和损伤面前作出反应，也为精准医学的发展提供了宝贵的资源和数据支持。
01 向蝾螈拜师学艺：解锁再生“超能力”
蝾螈端脑在发育中的细胞动力学
蝾螈的大脑再生能力，一直令科学家们惊叹。它能够在遭受损伤后，重新生成失去的脑组织，这一现象为人类大脑修复提供了极具启发性的线索。2022年，研究团队使用时空组学技术Stereo-seq，成功绘制了首个高分辨率的蝾螈端脑再生时空图谱。
研究人员通过这一图谱详细解析了蝾螈端脑再生的细胞和分子机制，为哺乳动物大脑再生研究提供了重要的理论依据，也为人类大脑修复相关研究提供了全新的方向和思路。
02 解析猕猴下丘脑：获取代谢性疾病的“GPS”
猕猴下丘脑单细胞和空间解析的转录组图谱
除了再生，精准的脑疾病诊断和治疗也是脑科学研究的一个重要方向。2024年，研究团队绘制了全球首个灵长类动物食蟹猴下丘脑的单细胞空间转录组图谱，详细分析了这些疾病在大脑中的分子反应。
这项研究不仅让我们深入理解了代谢性疾病（如肥胖、糖尿病）如何影响大脑，还为开发新的治疗策略提供了重要的分子靶点，为糖尿病治疗药物开发提供了宝贵的参考资料。
03 研究神经退行性疾病：打赢阿尔茨海默病患者的"记忆保卫战"
人类海马单细胞空间转录图谱-解析阿尔茨海默病诊疗潜在新靶点
阿尔茨海默病（AD）是全球最常见的神经退行性疾病，它严重影响患者的记忆和认知功能，极大地降低了生活质量。2025年，研究团队整合单细胞测序与空间组学技术，成功绘制了全球首个阿尔茨海默病患者海马的高精度三维分子图谱，为阿尔茨海默病的早期诊断和靶向治疗提供了崭新的方向。
该研究不仅对阿尔茨海默病的理解带来了新的突破，还展示了如何通过精准的分子图谱识别不同细胞类型在阿尔茨海默病中的作用，为阿尔茨海默病的早期诊断、靶向治疗和个性化医学提供了坚实的科学基础，也进一步推动了脑疾病精准医学的发展。
脑科学研究突破的每一小步，都是人类对大脑奥秘认知跨越的一大步。这些突破不仅加深了我们对大脑结构与功能的理解，也为治疗脑部疾病、改善人类健康提供了崭新的机会。
未来，随着技术的不断革新，脑科学将在前沿医学与生命科学造福全球的进程中扮演更为重要的角色。而这些发展，离不开大科学研究范式的助推、广泛的国际交流与合作，以及持续推进交叉学科融合与临床转化。
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