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19世纪，现代神经科学之父圣地亚哥拉蒙·卡哈尔将大脑比作“拥有千亿棵树的森林”。

这片复杂的“森林”中，大约有860亿个神经元与数万亿个突触相连。虽然对大脑有很多重要的发现，但与这片复杂的“森林”相比，我们对它的理解仍然只是冰山一角。

如今，科学家们正在进一步揭开人体“司令部”——大脑早期遗传发育的神秘面纱。

最近，瑞典卡罗林斯卡医学院的研究人员对整个大脑不同大脑区域的发育进行了系统的综合研究，绘制了人类胚胎发育前3个月（怀孕第6-13周）的早期大脑发育遗传地图。在《自然》中发表了相关论文。

早期人脑发育复杂而精细。

事实上，人脑的早期发育是一个复杂而精细的过程，涉及到多个阶段和多种细胞类型的相互作用。

在接受《科技日报》采访时，深圳华大生命科学研究院脑科学主任科学家、研究员刘石平介绍了大脑的发育过程。他说，从胚胎形成的第33天到20岁左右，人脑发育是一个长期的过程。整个过程包括出生前后两个阶段，其中出生前胎儿大脑发育持续约40周，每个阶段都发生了显著变化。

“这个时间跨度和一天完成一生的短暂短暂短暂短暂相比，有很大的不同。刘石平说。

人类器官的发育作为脊椎动物，遵循一定的规律。大脑发育始于胚胎的外胚层，外胚层向内卷积，形成神经管结构。分节神经管是中枢神经系统发育的起点。而且所谓的大脑是神经系统最终发育完善的结构。根据神经管的前后位置，神经管随后发展成大脑，可分为前脑、中脑、后脑和末端脊髓区域。神经管发育成大脑的过程包括神经干细胞的增殖、分化、神经元迁移等细胞学过程。胎儿大脑在这个过程中会建立一个突触环路，听觉、视觉等基本功能也会逐渐发展。

“人脑发育过程不仅漫长，而且具有特殊性。人类大脑有许多褶皱，随着发育过程的推进，大脑区域与大脑区域之间的联系也变得更加微妙。刘石平补充说：“我们的大脑就像一个复杂而精致的生化工厂，在能量代谢和分子细胞功能水平上进行了精细的调节和组装。”。

发现脑细胞群的多样性。

随着基因组学技术的快速发展，特别是单细胞组学技术和时空组学技术的应用，科学家们有了研究大脑早期发育的新工具和方法。

刘石平介绍说，传统的基因组学研究通常是基于许多细胞的混合物，研究人员得到了所有细胞的平均结果。单细胞组学技术允许科学家分析单个细胞的基因表达，这意味着研究人员可以在大脑发育的任何特定时间准确地看到每个细胞的基因活动。这一技术揭示了细胞之间的差异，帮助研究人员了解细胞是如何分化成不同类型的神经元或胶质细胞的。

瑞典卡罗林斯卡医学院的研究人员基于单细胞组学技术，绘制了大脑早期发育的遗传图谱。

“这是第一次全面研究大脑发育，重点关注基因调节。以前的研究几乎总是集中在大脑皮层上。我们的研究是对整个大脑进行系统测绘，使所有区域都能相互比较。卡罗林斯卡医学院医学生物化学与生物理系分子系统生物学教授斯滕·林纳松说。

最令人兴奋的发现之一是确定了135个不同的细胞群，每个细胞群代表一种独特的细胞类型或状态。这些细胞群包括各种类型的神经元和神经胶质细胞。通过比较这些细胞群的遗传特征，研究人员可以跟踪使大脑多样化的发育轨迹。

浦肯野神经元是大脑中最大的神经元，也是“运动协调大师”。研究人员发现，浦肯野神经元在运动和平衡协调中起着至关重要的作用，并遵循特定的发展道路。这条路径由一系列精确调节大脑的基因激活和沉默序列引导，由被称为转录因子的特殊蛋白质驱动。

为了更好地了解转录因子是如何工作的，瑞典研究人员利用卷积神经网络（cnn）这种人工智能工具可以帮助他们识别特定的dna序列，并结合转录因子。转录因子是一种可以调节基因表达的蛋白质。当转录因子与特定的dna序列结合时，它们可以像分子开关一样控制基因的活性，即打开或关闭基因的表达。因此，研究人员可以更好地了解基因调节的机制，即哪些基因被打开或关闭，从而影响细胞的功能和特性。

利用cnn，研究人员可以破译控制浦肯野神经元发育的调节语言。他们发现，一个名为esrrb的转录因子在调节浦肯野神经元的发育方面起着核心作用。激活esrrb需要两个过程，包括tfap2b和lhx5等其他转录因子。这种复杂的基因调节过程确保了浦肯野神经元的正常发育，并在小脑的复杂回路中占有一席之地。

有助于理解与大脑相关的疾病。

本研究除了对大脑发育提供基本见解外，还对理解神经发育障碍具有重要意义。自闭症和精神分裂症等许多疾病被认为起源于大脑形成的早期阶段。研究人员还发现，gaba的中间神经元可能特别容易受到与严重抑郁症相关的基因突变的影响。

此外，新绘制的早期脑发育图谱还有助于识别儿童脑肿瘤发育过程中的问题，并为寻找新的治疗方法提供线索。

刘石平说，儿童脑肿瘤通常是指起源于大脑或附近组织的原发性脑肿瘤。正常细胞dna突变时，会引起原发性脑肿瘤。这些突变使正常细胞以更快的速度生长和分裂，并使健康细胞在应该死亡的情况下继续存活，产生大量的异常细胞，从而形成肿瘤。中国每年约有7000名儿童被诊断为脑肿瘤。

林纳森说：“我们正在研究胎儿大脑发育过程中的原发性脑肿瘤，并试图使用新的基因地图来理解为什么正常发育过程中会出现异常，以及这种异常是如何促进肿瘤的形成和生长的。”。

刘石平认为，既往的研究表明，特定的干细胞类型和表观遗传调节因素对儿童脑肿瘤的发生和发展至关重要。本研究确定了脑发育早期和中期各脑区的详细细胞类型和关键表观遗传控制因素，为儿童脑肿瘤的起源和发病机制奠定了理论基础，为疾病靶点的筛选提供了数据资源。

(原标题:如何组建人体“司令部”？ 新的研究绘制了大脑早期发育的遗传图谱。