腦科學(xué)被譽(yù)為生命科學(xué)的“終極疆域”，其使命在于探索自然界最復(fù)雜的系統(tǒng)之一——大腦的無窮奧秘。它融合了神經(jīng)生物學(xué)、人工智能、臨床醫(yī)學(xué)等多學(xué)科知識，強(qiáng)調(diào)通過傳統(tǒng)學(xué)科與信息技術(shù)交織以理解大腦復(fù)雜的功能與交互機(jī)制，是21世紀(jì)科學(xué)研究最具前瞻性的領(lǐng)域之一。

放眼全球，腦科學(xué)正以前所未有的速度發(fā)展。圍繞“認(rèn)識大腦、保護(hù)大腦、創(chuàng)造大腦”的目標(biāo)，各國紛紛加大投入，形成國際協(xié)作的科研格局。近十年來，已有105個國家和地區(qū)開展腦科學(xué)研究，中國已展現(xiàn)出強(qiáng)勁的科研增長勢頭。而華大憑借其領(lǐng)先的時空組學(xué)、細(xì)胞組學(xué)、高通量測序技術(shù)等核心技術(shù)平臺，成為了推動該領(lǐng)域發(fā)展的重要力量。迄今，華大腦科學(xué)相關(guān)科研成果已在《自然》（

Nature

Science

Cell

01

自主技術(shù)驅(qū)動，

構(gòu)建跨物種、多維度的“大腦地圖”

大腦就像一座錯綜復(fù)雜的城市，每個區(qū)域都有著獨特的功能和任務(wù)。要真正理解這座城市，我們需要一張詳盡的“地圖”。

華大自主研發(fā)的堪稱超廣角百億像素“生命照相機(jī)”的時空組學(xué)技術(shù)Stereo-seq、可將二維空間組學(xué)數(shù)據(jù)重建為三維數(shù)字模型的三維時空建模工具包Spateo以及可對單個細(xì)胞進(jìn)行分析的細(xì)胞組學(xué)技術(shù)等，為精細(xì)化腦圖譜的繪制奠定了堅實基礎(chǔ)。

基于這些工具，華大聯(lián)合國內(nèi)外多家機(jī)構(gòu)繪制了小鼠、獼猴等重要模式生物的腦圖譜，揭示了特定物種大腦的精細(xì)結(jié)構(gòu)，并通過跨物種比較，為理解大腦的演化、高級認(rèn)知功能的起源以及人類疾病模型的構(gòu)建提供了關(guān)鍵線索。

模式物種腦圖譜繪制

模式生物是人類了解自身的重要載體。作為與人類親緣關(guān)系最近的模式動物，靈長類大腦圖譜是理解人類大腦的關(guān)鍵。近年來，中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心、華大生命科學(xué)研究院等國內(nèi)外多家單位聯(lián)合開展的腦科學(xué)國際大科學(xué)研究已取得諸多突破性成果，不僅揭示了大腦的復(fù)雜運作機(jī)制，還為破解人類大腦的奧秘提供寶貴線索。

·獼猴大腦皮層圖譜：2023年，研究團(tuán)隊構(gòu)建了獼猴大腦皮層的單細(xì)胞空間轉(zhuǎn)錄組圖譜，并依托時空組學(xué)技術(shù)Stereo-seq詳細(xì)繪制了獼猴大腦皮層的細(xì)胞類型分類樹，揭示了大腦皮層各個區(qū)域間復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及層級結(jié)構(gòu)。

·獼猴屏狀核圖譜：2025年，研究團(tuán)隊繪制了獼猴屏狀核的單細(xì)胞空間圖譜。同時通過整合空間組學(xué)、單細(xì)胞組學(xué)與連接組學(xué)，揭示了獼猴屏狀核是整合多腦區(qū)信息、調(diào)控意識的“總控開關(guān)”，為理解意識的產(chǎn)生機(jī)制提供了全新視角。

·小鼠全腦圖譜：2025年，研究團(tuán)隊發(fā)布了小鼠全腦的單細(xì)胞空間轉(zhuǎn)錄組圖譜，成功識別了神經(jīng)元亞型在空間中的分布特征，也進(jìn)一步擴(kuò)展了我們對大腦細(xì)胞分布和功能多樣性的理解。

跨物種腦演化路徑研究

有了獼猴和小鼠大腦圖譜的數(shù)據(jù)還不夠，通過比較不同物種的大腦，才能更好地推動腦的演化和功能研究。華大在這一方向也在持續(xù)探索。

·羊膜類動物腦圖譜：華大等構(gòu)建了包含鳥類、哺乳類和龜類的五個代表物種、超過百萬個細(xì)胞的跨物種單細(xì)胞圖譜，首次揭開了脊椎動物跨越3.2億年的神經(jīng)元演化之謎。

·小腦與下丘腦圖譜：通過比較人類、獼猴與小鼠的大腦圖譜，華大等揭示了靈長類特有的神經(jīng)元亞群與神經(jīng)遞質(zhì)耦合方式，為開發(fā)更符合人類神經(jīng)特征的疾病模型、精準(zhǔn)藥物及神經(jīng)調(diào)控技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

02

前沿醫(yī)療應(yīng)用，

為重大腦疾病尋找“治愈密碼”

繪制大腦圖譜的最終目的是為了了解大腦和保護(hù)大腦。華大秉承著“基因科技造福人類”的使命，努力推動腦疾病及再生相關(guān)研究，致力于將前沿科學(xué)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為守護(hù)人類健康的行動。

解碼重大腦疾病，為精準(zhǔn)診療提供“導(dǎo)航圖”

通過對疾病狀態(tài)下的大腦進(jìn)行精細(xì)解析，華大為多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的病理機(jī)制、早期診斷和藥物靶點發(fā)現(xiàn)提供了關(guān)鍵線索。

·阿爾茨海默病：2025年，華大等構(gòu)建了全球首個阿爾茲海默病患者海馬的高精度三維分子圖譜，還展示了如何通過精準(zhǔn)的分子圖譜識別不同細(xì)胞類型在阿爾茨海默病中的作用，為阿爾茨海默病的早期診斷、靶向治療和個性化醫(yī)學(xué)提供了堅實的科學(xué)基礎(chǔ)。

·腦出血：同樣在2025年，華大等繪制了首個覆蓋腦出血從超急性期（3小時）到恢復(fù)期（28天）全過程的時空分子圖譜，為抓住治療“黃金窗口”、開發(fā)促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)的新藥提供了關(guān)鍵參考。

·代謝相關(guān)腦功能失調(diào)：2024年，通過構(gòu)建代謝失調(diào)獼猴的下丘腦圖譜，華大等首次揭示了肥胖、糖尿病等能量代謝失衡與神經(jīng)調(diào)控機(jī)制之間的深層聯(lián)系。

探索腦再生機(jī)制，為神經(jīng)修復(fù)開辟新路徑

從具有強(qiáng)大再生能力的生物中尋找線索，是攻克神經(jīng)損傷修復(fù)難題的重要途徑。

蠑螈的大腦能夠在遭受損傷后，重新生成失去的腦組織，這一現(xiàn)象為人類大腦修復(fù)提供了極具啟發(fā)性的線索。2022年，研究團(tuán)隊成功繪制了首個高分辨率的蠑螈端腦再生時空圖譜，詳細(xì)解析了蠑螈端腦再生的細(xì)胞和分子機(jī)制，為哺乳動物大腦再生研究提供了重要的理論依據(jù)，也為人類大腦修復(fù)相關(guān)研究提供了全新的方向和思路。相關(guān)成果以背靠背封面文章的形式發(fā)表于《科學(xué)》。

《科學(xué)》期刊封面

03

全球協(xié)作引領(lǐng)，

共筑腦圖譜大科學(xué)計劃

我國科學(xué)家與國際團(tuán)隊協(xié)同攻關(guān)，在爬行類、鳥類、嚙齒類、非人靈長類和人類等關(guān)鍵物種“大腦地圖”繪制相繼取得重要成果，充分彰顯了我國在腦科學(xué)領(lǐng)域的前沿探索與技術(shù)融合實力。這不僅標(biāo)志著我們的研究體系已從小型動物推進(jìn)到非人靈長類，正穩(wěn)步向繪制人腦介觀圖譜的終極目標(biāo)邁進(jìn)，也意味著我國腦圖譜大科學(xué)計劃的實施條件已日臻成熟。

2025年9月，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，正式成立了“國際靈長類介觀腦圖譜聯(lián)盟”。華大作為聯(lián)盟核心發(fā)起單位之一，攜其全球領(lǐng)先的時空組學(xué)等前沿技術(shù)深度參與，為這一宏偉的國際大科學(xué)計劃提供重要助力。與此同時，《國際靈長類介觀腦圖譜聯(lián)盟白皮書》重磅發(fā)布。

聯(lián)盟的成立與白皮書的發(fā)布，標(biāo)志著科學(xué)界正式啟動了“全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜”這一全球性大科學(xué)計劃。全球范圍內(nèi)的靈長類腦圖譜研究從此步入系統(tǒng)合作新階段。

04

推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，賦能大眾健康

科研的最終目的，是造福人類。華大積極推動科研成果向產(chǎn)業(yè)的精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化，聚焦非侵入式腦機(jī)接口（BCI）領(lǐng)域，并與上海全瀾科技有限公司深度合作，以 “精準(zhǔn)睡眠調(diào)控系統(tǒng)” 為首個落地載體，推動腦科學(xué)技術(shù)從實驗室走向?qū)嶋H健康需求場景。

這一布局的核心優(yōu)勢，在于其緊密依托了前述的科研成果——通過小鼠/獼猴等模式動物的全腦時空組圖譜明確的 “睡眠相關(guān)腦區(qū)細(xì)胞分布規(guī)律”，為非侵入式設(shè)備的信號識別精度與調(diào)控靶點定位提供科學(xué)依據(jù)，解決了傳統(tǒng)睡眠調(diào)控設(shè)備“盲人摸象”、無法精準(zhǔn)匹配腦區(qū)功能的痛點，為精準(zhǔn)睡眠調(diào)控系統(tǒng)的研發(fā)奠定核心技術(shù)基礎(chǔ)。

目前，該系統(tǒng)已完成產(chǎn)品化，并在北京、上海、深圳、杭州、青島等多個城市搭建睡眠調(diào)控服務(wù)中心。未來，華大還將推動制定 “非侵入式 BCI 睡眠領(lǐng)域中國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”，并積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)制定，助力中國成為全球非侵入式 BCI 產(chǎn)業(yè)的“技術(shù)輸出方”與“規(guī)則制定者”。

從系統(tǒng)性繪制大腦圖譜，到推動疾病研究與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，華大在腦科學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)構(gòu)建起一個從源頭創(chuàng)新到產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的完整閉環(huán)。未來，華大將繼續(xù)以時空組學(xué)等自主平臺為核心，深度融合人工智能與自動化系統(tǒng)，持續(xù)破解大腦的奧秘，為攻克重大腦疾病、提升人類健康福祉、推動類腦智能發(fā)展貢獻(xiàn)核心科技力量。

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