2011年夏天的一天，在一座名为奇切利厅的英国豪宅里，科学史永远地改变了。二十多位研究百万分之一毫米结构的资深大脑专家和专家在那里会面，讨论可能的合作。西班牙神经学家拉斐尔·尤斯特站起来，提议一个一个地分析所有的神经元。他宣称，只调查少数几个，就像试图通过观察单个像素来看电视一样。这个想法听起来有点不切实际，但后来成为了美国政府的“大脑计划”(BRAIN Initiative)，该计划的预算已经达到30亿欧元左右。他们在周三发表的最新研究结果令人震惊:首次绘制出几乎完整的老鼠大脑图谱。今天，征服人类思想器官的梦想离我们更近了。
1888年，西班牙医生圣地亚哥Ramón y卡哈尔(Santiago y Cajal)在巴塞罗那的家中开始自己绘制大脑地图。他从家禽器官开始，所以他的家人经常吃鸡肉。然后，他转向了老鼠、兔子和在马德里的Inclusa收集的仍然温暖的儿童尸体。卡哈尔完善了一种化学鸡尾酒来染色组织，并且是第一个在他的显微镜下思考神经系统是由单个细胞组成的:神经元。几十年来，他一直用手画它们，根据它们错综复杂的形状对它们进行分类。周三的结果显示了科学是如何呈指数级跃进的。一个由数百名科学家组成的联盟使用最先进的技术，一个接一个地自动分析了400多万个细胞，揭示了它们的类型，并首次准确地显示了它们的位置。这是最完整的哺乳动物大脑图谱。
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在人脑中发现了一种新型细胞
哥伦比亚大学(美国)的教授Rafael Yuste认为这些新的结果是“惊人的”，这些结果发表在世界上最好的科学杂志《自然》上的十几篇研究中。“拥有所有神经元的列表可以被认为是大脑的罗塞塔石，”尤斯特说，他指的是在19世纪破译埃及象形文字的雕刻岩石。
同一动物的所有细胞都共享一本食谱——DNA，里面有制造生命基石——蛋白质的指令。然而，从大脑中的神经元到红细胞，个体中有数千种非常不同的细胞类型。解释是，每个细胞读取同一食谱书的不同页面。2015年，哈佛大学的华裔生物物理学家庄晓伟发明了一项名为MERFISH的新技术，该技术能够定位每个细胞的位置，并找出其中哪一页DNA正在被读取。这被称为空间转录组学。Yuste认为庄应该获得诺贝尔奖。“她是我们这一代最优秀的科学家之一，”他说。
这个由神经科学家曾宏奎和庄晓伟本人领导的美国研究小组描述了老鼠大脑中34类、5300多种细胞。老鼠的大脑只有豌豆大小。它的重量只有半克，但却包含了大约7000万个神经元。然而，与地球上最复杂的结构相比，它的复杂性相形见绌:人类的大脑，它有大约860亿个神经元，它们之间有数万亿个连接。
曾宏奎，艾伦脑科学研究所所长。Erik Dinnel/Allen研究所
今年3月，西班牙生物学家阿尔伯特·卡多纳(Albert Cardona)和他的克罗地亚同事玛尔塔·兹拉蒂克(Marta Zlatic)首次绘制了果蝇幼虫的完整大脑图谱，果蝇幼虫的大脑结构只有3016个神经元和548000个连接(也称为突触)。来自英国剑桥分子生物学实验室的卡多纳说:“现在发表的这项伟大的工作是惊人的:它几乎代表了老鼠大脑的完整图谱。”“它的重要性在于，作为人类大脑功能及其疾病的模型，老鼠是实验室中被研究最多的动物。从现在开始，所有对老鼠和其他物种的研究，比如猴子和我们人类，都可以在这个新的巨人的肩膀上完成，”生物学家称赞道。
神经科学家曾宏奎承认存在困难。“我们短期内无法绘制出人脑突触之间的图谱。我们还没有一种纳米级的精确技术，它可以缩放到人类大脑的大小。数据集将是如此之大，以至于现在几乎不可能分析，”曾说，他是西雅图艾伦脑科学研究所所长。
1981年去世的美国物理学家爱默生·皮尤(Emerson Pugh)用一句话概括了这个悖论:“如果人类的大脑简单到我们可以理解，那么我们就会简单到我们无法理解它。”曾轶可没那么悲观。“我认为我们可以理解人类大脑工作的许多方面，比如感觉、运动、不同的情绪状态和一定程度的智力，”研究人员说。
新的研究结果可以在公共数据库“艾伦脑细胞图谱”中查阅。用户可以搜索特定类型的单元格及其确切位置。作者认为，这些数据洪流将有助于阐明许多疾病，如自闭症、精神分裂症、多发性硬化症、神经性厌食症和烟草成瘾。
老鼠大脑的三维表现被分成了几个部分。索尔克研究所
1891年，Santiago Ramón y Cajal开始在他的神经元图中加入箭头，以标记信息传播的方向。卡哈尔假设，神经细胞通过被称为树突的分支接收脉冲，并通过被称为轴突的细长延伸将脉冲传递出去。他发现了人类思维的基本成分。他的弟子拉斐尔·洛伦特·德·诺后来阐明了大脑是由一系列神经元组成的，这些神经元在电路中相互关联。周三公布的结果包括一个世纪前无法想象的数据。老鼠的地图显示了哪些神经元有可能与某些其他神经元连接:即所谓的投射组。用卡多纳的话来说，它揭示了“信息是如何在大脑中传播和转换的”。
西班牙神经科学家óscar Marín是伦敦国王学院神经发育障碍中心的主任。他也很乐观。“我们还没有完整的大脑图谱，但我们离这种可能性越来越近了。随着时间的推移，我们也将在人类身上实现这一目标，”他预测道。2021年，BRAIN计划的研究人员发表了小鼠脑细胞图谱的初稿。今年10月，该联盟宣布了这些技术在人脑中的首次成果。
Marín是著名的英国皇家学会为数不多的西班牙科学家之一，他警告说，单一的地图集是不够的。“即使我们得到了大脑中所有细胞类型的完整图谱，同一物种的个体之间也总是存在差异。我相信这些个体间的差异是生物学的重要组成部分，尽管我认为，使用这些研究中描述的相同方法，我们很快就能在不同的个体中重现这些结果，”Marín说。人类的大脑不是单一的。
