【ZiDongHua之“自動(dòng)化學(xué)院派”收錄關(guān)鍵詞：中科院自動(dòng)化所 腦科學(xué)研究   神經(jīng)科學(xué) 生命科學(xué)領(lǐng)域  模式識別】
 
 
　　黑猩猩腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜發(fā)布跨物種研究揭示人腦演化新線索
 
 
　　2025年1月，中國科學(xué)院自動(dòng)化所腦網(wǎng)絡(luò)組研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國內(nèi)外多個(gè)科研機(jī)構(gòu)，發(fā)布了迄今為止最精細(xì)的黑猩猩腦圖譜——黑猩猩腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜（Chimpanzee Brainnetome Atlas,ChimpBNA），這一成果不僅為比較神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的研究提供了重要工具，也為理解人腦的演化提供了新的視角。
 
 
　　圖1.研究工作的圖文摘要
 
　　黑猩猩（Pan troglodytes）是人類（Homo sapiens）最親近的靈長類親戚之一，與人類共享大約600萬至800萬年前的共同祖先。盡管黑猩猩的大腦體積只有人類的三分之一左右，但它們在神經(jīng)解剖學(xué)和認(rèn)知功能上展現(xiàn)出許多相似之處，包括社會行為、工作記憶和工具使用。這些相似性使得黑猩猩成為理解人類演化的關(guān)鍵比較對象。然而，當(dāng)前跨物種神經(jīng)科學(xué)研究面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是缺乏具有生物學(xué)意義的標(biāo)準(zhǔn)化腦部參考系統(tǒng)。以往的比較分析嘗試通過細(xì)胞構(gòu)筑、髓鞘配布、宏觀解剖、功能連接模式、功能激活或這些特征的組合來定義物種間的同源大腦皮層區(qū)域，但由于構(gòu)建這些圖譜所使用的模態(tài)和尺度不一致，跨物種的直接比較十分困難。
 
　　針對這一難題，腦網(wǎng)絡(luò)組研究團(tuán)隊(duì)基于先前提出的利用腦連接信息繪制腦圖譜的基本思想，成功繪制出黑猩猩腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜。利用這一圖譜，研究團(tuán)隊(duì)重建了同源白質(zhì)纖維束，并為人類和黑猩猩構(gòu)建了連接指紋圖，為在亞區(qū)級別進(jìn)行細(xì)粒度的跨物種腦連接差異分析以及識別相關(guān)的白質(zhì)束提供了可能。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步檢查了每個(gè)物種腦連接模式的廣泛側(cè)化，并將這些模式與物種間連接性差異的關(guān)系對齊到一個(gè)共同的空間中，由此順利識別了與物種間連接性差異相關(guān)的基因及其表達(dá)模式（圖2）。
 
 
　　圖2.研究框架圖
 
　　圖3.黑猩猩腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜
 
　　研究結(jié)果表明，黑猩猩腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜揭示了與人類大腦皮層顯著不同的連接模式，特別是在外側(cè)顳葉和背外側(cè)前額葉皮層。這些差異與大腦皮層擴(kuò)張的模式不同，表明大腦皮層演化中的連接性變化可能比之前認(rèn)為的更為復(fù)雜和微妙（圖4）。此外，研究還發(fā)現(xiàn)了物種間連接性不對稱的區(qū)域，其形成可能與演化分歧有關(guān)。在這些連接性差異區(qū)域高表達(dá)的基因富集在對皮層投射回路和突觸形成至關(guān)重要的細(xì)胞類型中，表明這些基因在神經(jīng)回路的發(fā)展、功能和演化中發(fā)揮了重要作用（圖5）。
 
　　圖4.腦連接模式的跨物種差異
 
　　圖5.跨物種（人類vs黑猩猩）腦連接差異背后的遺傳基礎(chǔ)
 
　　此次發(fā)布的黑猩猩腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜呈現(xiàn)了黑猩猩腦部的詳細(xì)地圖，將成為神經(jīng)科學(xué)研究的重要資源，并為揭示人類大腦獨(dú)特性提供新線索。該研究通過將神經(jīng)影像數(shù)據(jù)與遺傳數(shù)據(jù)相結(jié)合，為人類認(rèn)知能力演化的物種特異性差異提供了潛在的基因表達(dá)相關(guān)性。研究團(tuán)隊(duì)的后續(xù)工作將專注于建立更準(zhǔn)確的跨物種同源映射，進(jìn)一步增強(qiáng)跨物種腦圖譜在理解神經(jīng)系統(tǒng)演化中的實(shí)用性。
 
　　為了促進(jìn)全球科研人員的合作研究，研究團(tuán)隊(duì)已公開黑猩猩腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜的表面和體積數(shù)據(jù)文件，以及支持所有圖表的源數(shù)據(jù)。相關(guān)研究工作發(fā)表于綜合性期刊The Innovation（IF=33.2）。論文的第一作者為自動(dòng)化所博士生王玙璠和桂林電子科技大學(xué)程祿祺博士，自動(dòng)化所樊令仲研究員及初從穎副研究員為共同通訊作者。論文的主要合作者包括：自動(dòng)化所蔣田仔研究員、美國喬治·華盛頓大學(xué)的Chet C.Sherwood教授、德克薩斯大學(xué)安德森癌癥中心的William D.Hopkins教授以及比利時(shí)魯汶大學(xué)的Wim Vanduffel教授。該研究受到國家科技創(chuàng)新2030—“腦科學(xué)與類腦研究”重大項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
 
　　論文信息：
 
　　Yufan Wang,Luqi Cheng,Deying Li,Yuheng Lu,Changshuo Wang,Yaping Wang,Chaohong Gao,Haiyan Wang,Camilla T.Erichsen,Wim Vanduffel,William D.Hopkins,Chet C.Sherwood,Tianzi Jiang,Congying Chu,Lingzhong Fan.The Chimpanzee Brainnetome Atlas reveals distinct connectivity and gene expression profiles relative to humans,The Innovation,2025,DOI:10.1016/j.xinn.2024.100755.