“‘國際靈長類介觀腦圖譜聯(lián)盟’是‘全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜’大科學(xué)計劃的主體。有了這個聯(lián)盟，我們可以實現(xiàn)腦圖譜大科學(xué)計劃中的很多內(nèi)容。比如，弄清楚大腦的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、大腦所有細(xì)胞種類和功能。”在9月20日舉行的2025浦江創(chuàng)新論壇（第十八屆）之2025介觀腦圖譜國際研討會上，聯(lián)盟主席、中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心學(xué)術(shù)主任、中國科學(xué)院院士蒲慕明表示，腦圖譜大科學(xué)計劃將幫助人類進(jìn)一步理解大腦，了解大腦疾病出現(xiàn)的原因并對癥下藥，同時還能幫助人工智能、腦機接口等未來產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)技術(shù)迭代升級，“希望腦圖譜大科學(xué)計劃就如同本世紀(jì)初的人類基因組計劃一樣，為生命科學(xué)帶來新的變革。”

作為第18屆浦江創(chuàng)新論壇的重要組成部分，2025介觀腦圖譜國際研討會宣布“國際靈長類介觀腦圖譜聯(lián)盟”成立，發(fā)布《國際靈長類介觀腦圖譜聯(lián)盟白皮書》。此舉標(biāo)志著科學(xué)界正式發(fā)起“全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜”大科學(xué)計劃，將啟動全球范圍內(nèi)的靈長類腦圖譜研究系統(tǒng)性合作。

從小鼠到人，大腦介觀圖譜面臨新挑戰(zhàn)

隨著觀測技術(shù)的進(jìn)步，人類對于大腦的探索一步步深入。從果蠅到斑馬魚再到小鼠，過去10年里的大規(guī)模腦圖譜計劃推動了全球神經(jīng)科學(xué)前所未有的發(fā)展，改變科學(xué)家對這些動物中支配感覺處理、運動控制、本能行為和認(rèn)知的神經(jīng)環(huán)路的理解。然而，這些模式生物的大腦距離人類的大腦相去甚遠(yuǎn)，要想進(jìn)一步揭開與人類智能相關(guān)的高度進(jìn)化的大腦皮層和高度復(fù)雜的神經(jīng)環(huán)路，就需要將研究對象設(shè)定為最接近人類的非人靈長類甚至是人類本身。

目前，靈長類的介觀圖譜繪制面臨著諸多難以逾越的技術(shù)挑戰(zhàn)。例如，人腦包含約860億個神經(jīng)元，通過數(shù)萬億個突觸相互連接。如果說找到人腦中的單個細(xì)胞是大海撈針，那么要弄清楚多個細(xì)胞組成的環(huán)路和功能看起來就像是天方夜譚。

為了應(yīng)對靈長類大腦的尺寸和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，進(jìn)一步的技術(shù)創(chuàng)新需要集中在優(yōu)化用于非人類靈長類和人腦的工具上，如大視場空間多組學(xué)技術(shù)、細(xì)胞類型特異性標(biāo)記方法、高通量成像技術(shù)和獨特的神經(jīng)信息學(xué)解決方案。這些先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用將不可避免地產(chǎn)生前所未有的龐大科學(xué)數(shù)據(jù)，這就需要在數(shù)據(jù)收集、注釋和開放獲取共享工具等方面進(jìn)行國際協(xié)調(diào)，以減少重復(fù)工作。此外，對于如匿名化人類數(shù)據(jù)和最小化非人靈長類使用等倫理要求，也需要在國際科學(xué)界達(dá)成廣泛共識。因此，“全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜”大科學(xué)計劃和“國際靈長類介觀腦圖譜聯(lián)盟”應(yīng)運而生。

大科學(xué)計劃+國際聯(lián)盟，設(shè)定三大里程碑

腦圖譜大科學(xué)計劃是中國凝聚全球腦科學(xué)核心科技力量、引領(lǐng)新一輪科技革命的關(guān)鍵舉措之一，將助力中國在國際腦科學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮引領(lǐng)作用。自2020年科技部在上海召開“全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜”大科學(xué)計劃啟動前期工作座談會并宣告成立中國工作組以來，該計劃已凝聚一批全球頂尖科研團隊，實現(xiàn)多項技術(shù)突破，并持續(xù)擴大國際合作網(wǎng)絡(luò)。目前，中國在介觀腦圖譜繪制核心技術(shù)和資源整合方面已發(fā)揮引領(lǐng)作用。

聯(lián)盟作為“全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜”大科學(xué)計劃的執(zhí)行組織，現(xiàn)已匯聚中國、美國、英國、澳大利亞、印度、日本、韓國等25個國家和地區(qū)的118名成員，成員分別來自中國科學(xué)院、海南大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、清華大學(xué)、華大生命科學(xué)研究院、美國哈佛醫(yī)學(xué)院、德國馬普學(xué)會、日本理化學(xué)研究所、美國加州大學(xué)圣地亞哥分校、澳大利亞莫納什大學(xué)等60余家全球頂尖高校和科研機構(gòu)。聯(lián)盟還吸納了多個國際同步輻射光源中心，包括日本的SPring-8、泰國的SLRI、約旦的SESAME等。

《國際靈長類介觀腦圖譜聯(lián)盟白皮書》對腦圖譜大科學(xué)計劃未來十年的核心任務(wù)進(jìn)行了系統(tǒng)布局，并設(shè)立了三大里程碑：一是繪制首個全面的具有細(xì)胞類型特異性的靈長類全腦介觀聯(lián)接圖譜，揭示支撐認(rèn)知功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)原理；二是通過整合單細(xì)胞和空間轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、表觀遺傳組等數(shù)據(jù)，建立單細(xì)胞分辨率、多組學(xué)的靈長類腦細(xì)胞圖譜，揭示全生命周期生理和病理狀態(tài)下細(xì)胞多樣性的系統(tǒng)表征；三是繪制突觸的精細(xì)三維結(jié)構(gòu)圖譜，識別與認(rèn)知等腦功能相關(guān)的突觸特征標(biāo)記，揭示與衰老及腦疾病相關(guān)的突觸超微結(jié)構(gòu)。

蒲慕明透露，在腦圖譜大科學(xué)計劃的第一階段，即2021年至2026年，將啟動人腦組織單細(xì)胞空間轉(zhuǎn)錄組圖譜繪制、非人靈長類動物腦細(xì)胞空間轉(zhuǎn)錄組與聯(lián)接圖譜繪制；在2027年到2030年的第二階段，將繪制成人腦單細(xì)胞空間多組學(xué)圖譜和非人靈長類動物腦空間多組學(xué)圖譜；從2031年到2035年的第三階段，將繪制發(fā)育、衰老及病變腦的單細(xì)胞空間多組學(xué)圖譜，以及非人靈長類動物腦介觀聯(lián)接組圖譜，“最終，我們將繪制人腦發(fā)育、成人、衰老和疾病的全面、多組學(xué)圖譜。”

“希望把中心樞紐落在上海”

“神經(jīng)科學(xué)家善于創(chuàng)造新的學(xué)術(shù)詞語縮寫，但很多縮寫并沒有統(tǒng)一的規(guī)范。有時候同一個術(shù)語因為用來描述不同的物種的腦部，甚至有了27種不同的縮寫。”聯(lián)盟成員、澳大利亞科學(xué)院院士喬治·帕克西諾斯在論壇報告中指出，神經(jīng)科學(xué)界需要對縮寫進(jìn)行有效果的管理，“就如同每一個地區(qū)的郵編都有一個專門的編碼，我們可以給不同的大腦結(jié)構(gòu)設(shè)定一個專門的縮寫‘郵編’。”

事實上，縮寫困擾從一個側(cè)面展現(xiàn)了腦圖譜大科學(xué)計劃面臨的一大挑戰(zhàn)——大規(guī)模數(shù)據(jù)采集的有效性和通用性。《白皮書》介紹，圖譜繪制涉及管理海量的復(fù)雜數(shù)據(jù)，包括單細(xì)胞組學(xué)、空間組學(xué)、顯微圖像、功能核磁共振等。這些數(shù)據(jù)集的特點是高維、多尺度和多模態(tài)性質(zhì)，具有復(fù)雜的時空關(guān)系；而自監(jiān)督深度學(xué)習(xí)、圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、多模態(tài)對齊及新興的大型語言基礎(chǔ)模型的AI技術(shù)應(yīng)用，將對于數(shù)據(jù)采集、整理、解讀發(fā)揮關(guān)鍵作用。

“聯(lián)盟將建立一個中心樞紐，與全球分布的各個國際樞紐緊密合作，由此構(gòu)建一個全球性、開放協(xié)作的科研網(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)技術(shù)開發(fā)和腦圖譜研究的國際力量；同時統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與數(shù)據(jù)規(guī)范，促進(jìn)圖譜繪制技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)施、分析技術(shù)的全球共享。”蒲慕明說，“我們希望把中心樞紐落在上海，不僅為腦圖譜大科學(xué)計劃提供樣本資源、高分辨率全腦成像設(shè)施、高通量數(shù)據(jù)采集和初步處理等硬件服務(wù)，還將協(xié)調(diào)不同計算環(huán)境、開發(fā)通用數(shù)據(jù)模型、共享元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。”

來源：上海科技報