攻坚“终极问题”，中国脑图谱绘制迈出重要一步

《细胞》封面：猕猴屏状核细胞分类与全脑联接图谱。脑智卓越中心供图

■本报见习记者 江庆龄 ■杨雨辰

2025年7月10日，由国内外30多家研究机构的300余位科研人员联合开展的10项脑图谱研究成果，以专题论文形式相继发表在《细胞》等期刊。这些成果涵盖两项新技术开发方面的突破和8项基础研究进展，深入解析了大脑细胞类型多样性、联接规律、发育进化规律及脑疾病分子机制，实现了在单细胞分辨率下，从啮齿类到灵长类介观图谱的绘制。

脑图谱成果的统一发布，是中国脑计划在“十四五”期间最重要的成果之一。

脑图谱研究是各国脑计划的重要组成部分，致力于绘制高精度的“大脑地图”，通过精确定位神经细胞、解析神经网络联接规律，为理解脑功能机制、攻克脑疾病及研发类脑智能提供重要支撑。

我国脑图谱绘制具有技术优势，中国科学院联合国内近20家高校和科研机构开展建制化攻关，布局完整且已在部分领域（如灵长类全脑联接图谱）取得了国际领先优势。

聚力攻关，迈出理解大脑的“第一步”

大脑智能起源于神经细胞的多样性、神经联接的复杂性，探究其本质是脑科学研究的战略制高点。

为此，全球各国竞相投入脑科学研究，我国也将脑科学列入了“十三五”和“十四五”规划。2021年，“十四五”开局之年，“脑科学与类脑科学研究”（即中国脑计划）正式启动。

中国脑计划在规划之初，确立了“一体两翼”的基本架构，即以研究脑认知功能的神经基础为主体，同时开展脑疾病诊治和脑机智能技术两块应用的相关探索。

“我们理解大脑的第一步，就是绘制神经元之间的特异性联接图谱。”中国科学院院士、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（以下简称脑智卓越中心）学术主任蒲慕明表示。

为大脑绘制一张高清地图实属不易。人类大脑中有860亿个神经元，每个神经元约有1万条突触联接，联接总数达百万亿级。与此同时，扮演着不同角色的神经元被高度压缩在极小的空间中，周围有各种信号干扰，单是把一个神经元定位出来就非易事。这也决定了以往单个课题组聚焦“点”上探索的方式不适用于脑图谱研究。

“脑图谱研究的核心目标为深度解析大脑结构与功能的内在联系，这一目标兼具科学性和工程属性，因此适合以团队形式推进研究。”脑智卓越中心党委书记孙衍刚表示，“这就需要我们调整科研组织模式，强化组织管理水平。”

因此，要想绘制高精度“大脑地图”，首先需要招兵买马。

2020年，蒲慕明和中国科学院院士、海南大学校长骆清铭牵头成立脑图谱研究中国工作组。工作组发挥桥梁纽带作用，整合技术、平台、人员、数据等资源，将国内从事脑科学的科学家聚集成“研究网络”，并初步形成了“技术研发-数据采集-解析应用”闭环。

由此，中国科学家以技术发展为抓手，并根据核心目标建立了有组织的研究团队，同时建立通用平台，进一步优化迭代技术和方法。在此架构下，参与团队发挥各自优势，分别“领取”脑图谱大科学计划下的子问题开展研究。

以联接图谱的系列研究为例。前期开展小鼠联接图谱研究时，脑智卓越中心、华中科技大学苏州脑空间信息研究院等多家科研机构的科学家深度合作，针对研究中涉及的样品制备、成像、数据分析、数据库建设等不同环节，结合自身优势及平台进行了分工。

“这个机制促成了成果的有效产出，也为后续猕猴神经元联接图谱的突破奠定了重要基础。”孙衍刚补充道，“通过将小鼠连接图谱研究中积累的技术方法及研究机制‘迁移’到猕猴研究中，我们才能在短时间内有所突破。”

类似地，在项目推进过程中，许多参与单位都在探索以建制化团队实现最终科学目标的体制机制。

每一个参与者都必不可少

作为牵头单位之一，脑智卓越中心在脑图谱大科学计划推进过程中起到了重要作用。

计划启动之初，脑智卓越中心组建了全脑介观神经联接图谱绘制“十四五”攻坚团队，孙衍刚任首席科学家，覆盖了17个课题组及全脑介观神经联接图谱平台、脑科学数据与计算中心两大平台。

团队成员中，有人数十年如一日专精一个问题，有人“半路出家”主动接下新课题，有人从“新手村”出发一路升级，也有人甘当绿叶为项目提供技术支撑。

“研究方向要契合国家需求，是脑智卓越中心的使命，也是我们每一个在此工作的科研人员的共识。”脑智卓越中心研究员刘真说。因制作克隆猴“中中”“华华”而被学术界熟知的他，自2020年开辟灵长类脑科学细胞特异性靶向研究工具集这一“新战线”。

脑智卓越中心研究员严军团队的副研究员苟凌峰则经历了漫长的“沉淀期”。过去10年间，他一直在和“开发新型神经元重构工具”这件事较劲。

2015年，全脑成像技术达到TB级数据，传统小规模手工重构难以为继。当时博士五年级的苟凌峰开始开发新型神经元重构工具。

在这套工具从无到有、从有到优的过程中，苟凌峰注意到，第一代单神经元重构工具FNT虽然已经能较好地用于联接组研究，但具体使用时以鼠标点击为主，影响了工作效率。此外，多人校对时，由于只能各司其职，神经元重叠区域的处理较为困难，重复校对或遗漏的情况时有发生。

受在线游戏启发，苟凌峰与合作者进一步开发了 “二代目”Gapr系统，能够支持人工智能（AI）全自动重构和多人同时参与的协同校对，大幅提升了神经元重构效率，突破了重构灵长类大脑单神经元投射谱的瓶颈。

同样，中国科学技术大学、中国科学院遗传与发育生物学研究所等单位的科研人员，都有参与脑图谱大科学计划的“独家记忆”。他们各有分工，肩负的责任有大有小，但正如刘真所说，“每一个参与者都必不可少”。

持续扩大“朋友圈”

在蒲慕明看来，大团队合作研究范式的探索，是脑图谱大科学计划阶段性节点的一大宝贵财富。“与20多年前的人类基因组计划一样，脑计划中的很多问题都需要集中多家单位的科学家共同攻关。本次发布的系列成果也体现了多个团队合作攻关的重要性，为未来‘十五五’开展脑科学攻坚打了样。”蒲慕明表示。

作为一个国际性大科学计划，脑图谱大科学计划更需要全球科学家共同参与。

幸运的是，前期已经有了成功探索。如“猕猴屏状核的单细胞空间转录组图谱及全脑联接”研究，由脑智卓越中心研究员沈志明牵头，汇集了国内外8家研究机构的92位科研人员。在项目开展过程中，中方团队和法国团队通力合作，共享实验和分析技术与优势图谱数据，共同撰写论文。“这是一个实打实的、非常典型的国际合作案例。”沈志明说道。

在当前脑图谱大科学计划研究目标迈进绘制非人灵长类介观脑图谱的关键阶段，中国科学家仍在进一步集聚全球力量，持续扩大“朋友圈”。

2025年9月，在2025介观脑图谱国际研讨会上，已有25个国家100余位科学家参与的“国际灵长类介观脑图谱联盟”宣布成立，并发布《国际灵长类介观脑图谱联盟白皮书》。这一由中国科学家主导的联盟，计划在未来10年内构建一个全球性、开放协作的科研网络，致力于人类全脑介观神经联接图谱攻关。

蒲慕明相信，未来在大脑“高清地图”的帮助下，脑科学发展不仅能够助力脑疾病临床诊疗，也将推动脑机接口和类脑计算的发展，对AI产业产生重大影响。