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2025年1月，中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所腦網(wǎng)絡(luò)組研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多個(gè)科研機(jī)構(gòu)，發(fā)布了迄今為止最精細(xì)的黑猩猩腦圖譜——黑猩猩腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜（Chimpanzee Brainnetome Atlas, ChimpBNA），這一成果不僅為比較神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的研究提供了重要工具，也為理解人腦的演化提供了新的視角。

圖1. 研究工作的圖文摘要

黑猩猩（Pan troglodytes）是人類(lèi)（Homo sapiens）最親近的靈長(zhǎng)類(lèi)親戚之一，與人類(lèi)共享大約600萬(wàn)至800萬(wàn)年前的共同祖先。盡管黑猩猩的大腦體積只有人類(lèi)的三分之一左右，但它們?cè)谏窠?jīng)解剖學(xué)和認(rèn)知功能上展現(xiàn)出許多相似之處，包括社會(huì)行為、工作記憶和工具使用。這些相似性使得黑猩猩成為理解人類(lèi)演化的關(guān)鍵比較對(duì)象。然而，當(dāng)前跨物種神經(jīng)科學(xué)研究面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是缺乏具有生物學(xué)意義的標(biāo)準(zhǔn)化腦部參考系統(tǒng)。以往的比較分析嘗試通過(guò)細(xì)胞構(gòu)筑、髓鞘配布、宏觀解剖、功能連接模式、功能激活或這些特征的組合來(lái)定義物種間的同源大腦皮層區(qū)域，但由于構(gòu)建這些圖譜所使用的模態(tài)和尺度不一致，跨物種的直接比較十分困難。

針對(duì)這一難題，腦網(wǎng)絡(luò)組研究團(tuán)隊(duì)基于先前提出的利用腦連接信息繪制腦圖譜的基本思想，成功繪制出黑猩猩腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜。利用這一圖譜，研究團(tuán)隊(duì)重建了同源白質(zhì)纖維束，并為人類(lèi)和黑猩猩構(gòu)建了連接指紋圖，為在亞區(qū)級(jí)別進(jìn)行細(xì)粒度的跨物種腦連接差異分析以及識(shí)別相關(guān)的白質(zhì)束提供了可能。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步檢查了每個(gè)物種腦連接模式的廣泛側(cè)化，并將這些模式與物種間連接性差異的關(guān)系對(duì)齊到一個(gè)共同的空間中，由此順利識(shí)別了與物種間連接性差異相關(guān)的基因及其表達(dá)模式（圖2）。

研究結(jié)果表明，黑猩猩腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜揭示了與人類(lèi)大腦皮層顯著不同的連接模式，特別是在外側(cè)顳葉和背外側(cè)前額葉皮層。這些差異與大腦皮層擴(kuò)張的模式不同，表明大腦皮層演化中的連接性變化可能比之前認(rèn)為的更為復(fù)雜和微妙（圖4）。此外，研究還發(fā)現(xiàn)了物種間連接性不對(duì)稱(chēng)的區(qū)域，其形成可能與演化分歧有關(guān)。在這些連接性差異區(qū)域高表達(dá)的基因富集在對(duì)皮層投射回路和突觸形成至關(guān)重要的細(xì)胞類(lèi)型中，表明這些基因在神經(jīng)回路的發(fā)展、功能和演化中發(fā)揮了重要作用（圖5）。

此次發(fā)布的黑猩猩腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜呈現(xiàn)了黑猩猩腦部的詳細(xì)地圖，將成為神經(jīng)科學(xué)研究的重要資源，并為揭示人類(lèi)大腦獨(dú)特性提供新線索。該研究通過(guò)將神經(jīng)影像數(shù)據(jù)與遺傳數(shù)據(jù)相結(jié)合，為人類(lèi)認(rèn)知能力演化的物種特異性差異提供了潛在的基因表達(dá)相關(guān)性。研究團(tuán)隊(duì)的后續(xù)工作將專(zhuān)注于建立更準(zhǔn)確的跨物種同源映射，進(jìn)一步增強(qiáng)跨物種腦圖譜在理解神經(jīng)系統(tǒng)演化中的實(shí)用性。

為了促進(jìn)全球科研人員的合作研究，研究團(tuán)隊(duì)已公開(kāi)黑猩猩腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜的表面和體積數(shù)據(jù)文件，以及支持所有圖表的源數(shù)據(jù)。相關(guān)研究工作發(fā)表于綜合性期刊The Innovation（IF=33.2）。論文的第一作者為自動(dòng)化所博士生王玙璠和桂林電子科技大學(xué)程祿祺博士，自動(dòng)化所樊令仲研究員及初從穎副研究員為共同通訊作者。論文的主要合作者包括：自動(dòng)化所蔣田仔研究員、美國(guó)喬治·華盛頓大學(xué)的Chet C. Sherwood教授、德克薩斯大學(xué)安德森癌癥中心的William D. Hopkins教授以及比利時(shí)魯汶大學(xué)的Wim Vanduffel教授。該研究受到國(guó)家科技創(chuàng)新2030—“腦科學(xué)與類(lèi)腦研究”重大項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

圖2.研究框架圖

圖3.黑猩猩腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜

圖4.腦連接模式的跨物種差異

圖5.跨物種（人類(lèi)vs黑猩猩）腦連接差異背后的遺傳基礎(chǔ)

論文信息：

Yufan Wang, Luqi Cheng, Deying Li, Yuheng Lu, Changshuo Wang, Yaping Wang, Chaohong Gao, Haiyan Wang, Camilla T. Erichsen, Wim Vanduffel, William D. Hopkins, Chet C. Sherwood, Tianzi Jiang, Congying Chu, Lingzhong Fan. The Chimpanzee Brainnetome Atlas reveals distinct connectivity and gene expression profiles relative to humans, The Innovation, 2025, DOI:?10.1016/j.xinn.2024.100755.

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來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所