新技术——成为理解灵长类大脑的钥匙

大脑就像一个庞大而精密的“工厂”，由数百种不同类型的神经细胞和胶质细胞组成，它们如同工厂里的不同“工人”，在信息处理、信号传递、支持保护等方面扮演着独特的角色。比如，兴奋性神经元就像“信号发送员”，负责将信息从一个脑区传递到另一个脑区；抑制性神经元则如同“信号调节器”，控制着神经信号的强度和范围，防止大脑“过度兴奋”；而胶质细胞就像“后勤保障团队”，为神经元提供营养、清除代谢废物，并构成保护屏障。只有深入研究大脑中各种细胞类型的特性和功能，我们才能真正理解大脑的复杂功能。

在神经科学研究的历史长河中，小鼠一直是科学家们的“得力助手”——科学家们可以轻松构建各种“基因定制”的小鼠模型，通过特定基因的表达来标记和操控小鼠大脑中特定类型的神经细胞，这让我们对大脑的基本功能有了很多认识。

然而，当研究对象转向灵长类动物时，科学家们遇到了巨大阻碍。灵长类动物的繁殖周期长，培育转基因灵长类模型需要耗费大量时间和精力，而且技术难度极高。以猕猴为例，它们从出生到性成熟需要4～5年，想要通过传统的转基因方法构建一个稳定的用来进行特定细胞类型标记的猕猴模型，往往需要很多年，这显然无法满足科学研究的需求。因此，在很长一段时间里，灵长类脑科学研究因为缺乏有效的细胞特异性靶向工具，进展缓慢。

因此，开发一种不依赖转基因动物，又能精准靶向灵长类特定细胞类型的技术方法，成为该领域亟待突破的关键难题。

为解决这一关键难题，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”）的科研人员对灵长类大脑进行了单细胞RNA测序和ATAC测序，结合在体功能筛选与鉴定，找到了与特定细胞类型相关的“增强子”——基因组中调控基因表达的“开关”，能在特定的细胞类型中启动基因的表达。

利用这些增强子，科学家们开发了112种AAV（腺相关病毒）载体，这些载体就像“精准导弹”，能够携带荧光标记或功能蛋白，特异性地感染灵长类大脑中的特定细胞类型。

这项技术的突破让科学家们在灵长类大脑研究中实现了从“模糊观察”到“精准定位”的跨越，首次系统填补了灵长类神经环路研究中细胞特异性标记技术的空缺，突破了传统转基因模型的依赖限制，为灵长类大脑细胞特异性研究提供了完整且强大的工具库。

通过这些细胞特异性的靶向工具，科学家们能够更深入地了解灵长类大脑中信息处理的机制，例如神经元之间的连接方式、信号传递的模式等，去了解这个“大脑工厂”每个岗位工人的具体职责以及他们沟通工作的方式。

这些数据也同样可以被用来改进人工智能算法，使机器能够更高效地处理信息和学习。研究人员可以模仿细胞类型特异性观测结果，设计出更接近大脑工作方式的神经网络模型，提高人工智能在复杂任务中的表现。除此之外，许多脑疾病的发生都与特定细胞类型的功能异常有关，有了这些细胞特异性的靶向工具，科学家们可以在灵长类模型中通过AAV载体将功能蛋白精准递送到特定细胞中，有望实现对脑疾病的精准靶向治疗。

（作者分别系中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心研究员；博士研究生）