近报 -21版:新知-2018年03月23日

　　人脑前额叶皮层是人类大脑高级功能的关键组成部分,堪称人脑的“中央处理器”。从灵长类祖先进化到现代人类的过程中,大脑容量增加了一倍,增加部分则主要体现在前额叶皮层面积的增加上。
　　2013年,时任美国总统奥巴马宣布启动“推进创新神经技术脑研究计划”(简称“脑计划”),这是继人类基因组计划之后又一项针对人类自身难题的重大研究计划。该计划旨在通过创新的神经技术加强对人脑的认识,其最终目标是希望找到攻克大脑疾病的新方法,包括阿尔茨海默氏症、癫痫、帕金森症等。
　　中国同一领域内的研究也在加快步伐。近日,《自然》(Nature)发表相关研究的论文,首次针对人类前额叶皮层(PFC)发育过程中前额叶形成中的细胞与分子机制进行了系统研究。该论文通讯作者是来自中国科学院生物物理研究所的王晓群教授,北京大学的汤富酬教授、乔杰教授和安贞医院的张军教授。王晓群也是2014年-2018年国家重大科学研究计划“成体神经干细胞的命运决定机制与功能研究”首席科学家。
人脑的“中央处理器”
　　人脑前额叶皮层是人类大脑高级功能的关键组成部分,堪称人脑的“中央处理器(CPU)”。从灵长类祖先进化到现代人类的过程中,大脑容量增加了一倍,增加部分则主要体现在前额叶皮层面积的增加上。人类的前额叶皮层占到了大脑皮层总面积的三分之一。
　　从功能上来说,前额叶皮层负责人脑的高级智力活动,是人类思想的重要物质基础。主要参与记忆形成、短期储存以及调取功能、语言功能、认知能力、行为决策、情绪的调节等功能。然而,长期以来摆在科学家面前的尴尬处境是,既想对大脑的奥秘一探究竟,同时却连大脑由多少细胞构成都不清楚。“虽然大家都说大脑有各种各样的功能,但大脑里面究竟有多少个细胞我们都不清楚,基本的细胞组成都不了解,所以也就很难去理解脑的高级认知功能是怎么来的。”王晓群表示。
人脑“CPU”在8-26孕周
如何发育
　　尽管神经回路是在人类胚胎发育的晚期甚至在人类出生后才形成,但各种不同功能的细胞在胚胎发育过程中就形成并迁移至相应的区域。
　　通过系统的数据分析和多层次实验验证,研究人员提出,中间前体细胞的产生具有两个关键爆发期。“一个是在胚胎发育10周左右,这些中间前体细胞主要由放射状神经胶质细胞(RG)大量产生,而另一个峰值则发生在胚胎发育16周左右,这些中间前体细胞由外放射状胶质细胞(oRG)大量产生。”王晓群解释,“正是通过中间前体细胞的这两个爆发期的形成,数量庞大的神经元才能在短暂的大脑皮层发育时期内快速生成,并形成了结构复杂、功能丰富的前额叶皮层。”
　　研究团队通过对神经元单细胞转录组数据的系统分析和深度挖掘,还首次揭示了在人类大脑前额叶皮层发育过程中兴奋性神经元生成、迁移和成熟的三个关键阶段。第一个阶段,也就是8-12孕周,为神经干细胞大量增殖阶段。第二阶段,13-16孕周,神经干细胞分化并大量产生新生神经元同时伴随着新生神经元的迁移阶段。第三阶段,19-26周,神经元开始逐渐成熟,表达关键功能蛋白并初步形成有功能的神经网络的阶段。
比美国脑计划细胞图谱
部分快了一步
　　“美国‘脑计划细胞图谱’目前还主要集中在啮齿类为主,我们则是包含了人胎脑前额叶发育的动态过程”。对人脑发育与疾病好的研究会提供最直接的参考。王晓群认为,随着其研究团队此番成果的发表,中国在这方面的研究“应该比美国脑计划快了一步”。
　　另外,中国若想在“脑计划细胞图谱”等方面领跑,交叉学科以及相关人才的团队合作很重要,“就脑图谱单细胞测序这项工作,它需要交叉学科的协同合作,比如细胞生物学、神经科学、计算科学等人才一块儿工作,集结各类人才优势,呼唤不同学科的人一起协同合作。所以目前国内从事该方向的实验室较少,呼唤更多的实验室加入。”
　　王晓群表示,“目前,我们只是做了基因表达图谱,未来想继续深入的研究脑发育的表观调控图谱,这样通过基因表达谱和表观调控图谱等的结合,可以有助于我们将来深入了解前额叶皮层如何形成。”　　据澎湃新闻