约翰霍普金斯医学与BRAIN计划细胞图谱网络（BICAN）的其他研究人员通过整合来自近200项研究和超过3000万个细胞的遗传信息与见解，增强了一张关于大脑在生命早期如何形成和适应的细胞路线图。
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在回顾了近200项研究和超过3000万个细胞的数据后，研究人员创建了一个人类细胞图谱，揭示了发育过程中新皮层（大脑外层）形成的遗传机制。
研究人员通过整合来自近200项研究和超过3000万个细胞的遗传信息与见解，增强了一张关于大脑在生命早期如何形成和适应的细胞路线图。
观看一段与科兰托尼博士（Dr. Colantuoni）的焦点视频。
为了更好理解并潜在地治疗一系列影响早期认知、神经发育和晚年大脑的疾病，约翰霍普金斯医学（Johns Hopkins Medicine）及其全球合作者一直在绘制人类大脑的分子构建图。这些模型部分由联邦和国际研究资助，帮助研究人员研究与各种疾病相关的遗传联系和通路，包括影响美国约1/31（3%）儿童的自闭症谱系障碍，以及预计影响超过700万美国成年人（包括65岁以上人群中的1/9，即11%）的阿尔茨海默病。
为了支持这一蓝图，约翰霍普金斯医学神经学兼职教授、马里兰大学医学院基因组科学研究所的卡洛·科兰托尼博士（Carlo Colantuoni, Ph.D.）与其他研究人员在其最新研究中，汇集了近200项已发表研究和超过3000万个细胞的数据，以加深对大脑最外层——新皮层——如何随时间发育和形成的理解。大脑这一区域负责多种功能，包括我们如何思考、感知、处理与存储信息以及做出决策。
“我们的目标是理解新皮层在细胞水平上是如何构建的，并找出发育迟缓和脑部疾病最早阶段的线索，”科兰托尼说。“通过绘制构成新皮层复杂结构和功能的细胞转变与基因，我们可以更好地理解并在随后尝试治疗那些在子宫内、婴儿期、儿童期甚至更晚生命阶段出现的疾病。”
这个增强的图谱不仅帮助研究人员研究自闭症谱系障碍的遗传联系，还能为小头症等罕见疾病提供见解，小头症可能在出生前就开始并严重影响大脑生长。汇集这些信息的力量在于，研究人员可以研究发育的颗粒阶段，以识别典型生长模式，然后精确定位神经发育迟缓和疾病的起源与通路。这些信息现可通过《自然》（Nature）和《自然神经科学》（Nature Neuroscience）获取。
除了绘制人类新皮层模型外，作者们还发表了哺乳动物和小鼠模型。这些不同的图谱显示，数千万年前作为弥散网络开始的基因表达程序，在最近的人类神经干细胞中变得更加集中，从而驱动了人类新皮层的扩张。研究人员表示，这一过程有助于解释人类相比其他动物具有更高认知能力的原因。
利用累积的数据，研究人员还绘制了人类新皮层神经元的成熟过程，这一过程在进化时间上变得更长，随着人类新皮层和心智能力的扩展。例如，这种神经发育在小鼠中需要数周，而在人类中则需要多年。这代表了高级系统的差异，使人类大脑能够在较长的发育期内适应并学习如何解读复杂的社会、环境和感官输入。
这些资源现已作为开放获取网络门户提供，以赋能其他研究人类大脑发育和疾病的研究人员。科兰托尼表示，这些以及其他大脑绘图努力旨在帮助研究人员在整个生命周期中研究脑部疾病机制，并提供支持并加速日常研究的工具。
没有编程专业知识的研究人员可以探索感兴趣基因的表达模式，绘制在发育过程中以特定方式协同工作的基因模块的协调表达，并贡献自己的数据以扩展资源。
之前的脑研究通过推进创新神经技术（BRAIN）计划已生成人类和小鼠脑细胞普查，对哺乳动物大脑中的细胞类型多样性进行了分类。其他项目正在探索阿片类药物使用如何影响HIV感染者的脑部，内耳毛细胞是否可能再生以恢复听力，以及细胞通路在痴呆症（包括阿尔茨海默病）中如何分布。
这些脑部图谱研究还得到了更广泛努力的支持，即绘制整个人体细胞图谱，包括人类细胞图谱（HCA）。HCA成立于2016年，旨在将全球研究人员聚集在一起，创建开放获取资源，绘制人体内的每一个细胞。2024年，专家们发表了对来自近10000名人类、6200万个细胞进行研究的40多篇论文的见解。
HCA及相关研究已经发现了新的肺细胞，加深了对身体如何应对感染的理解，并识别出协同工作以帮助心脏跳动、调节心率并实现全身器官间通信的细胞网络。
“我们生活在一个前所未有的时代，利用技术协调和分析大型数据集、与全球研究人员合作以及跨疾病状态利用见解，对于确定能够挽救和改善生命的新疗法至关重要，”科兰托尼说。“随着这些倡议达到重要里程碑，我们也看到研究人员合作并利用这些图谱的方式才刚刚开始。”
科兰托尼补充说，招募更多学术和产业合作伙伴投资于这些竞争前数据探索空间至关重要，这将大大扩展用于治疗脑部疾病的新型分子靶点的识别。“结合人工智能算法指导干细胞系统中的大规模筛选，这些资源有望实现精准定制治疗，帮助患有神经发育和神经退行性疾病的个体患者，”他说。
为了支持这一愿景，科兰托尼及其同事，包括保罗·沃利（Paul Worley）、徐金冲（Jin-Chong Xu）、廖翔宇（Xiangyu Liao）、劳月林（Yuelin Lao）（均来自约翰霍普金斯医学）、卡罗尔·A·巴恩斯（Carol A. Barnes，来自亚利桑那大学）以及马修·休特尔曼（Matthew Huetelman）和伊格纳齐奥·S·皮拉斯（Ignazio S. Piras，来自转化基因组学研究所TGen），还创建了一个专注于阿尔茨海默病的开放数据资源。
新皮层发育论文的其他作者包括：Shreyash Sonthalia、Ricky S. Adkins、Joshua Orvis、Guangyan Li、Xoel Mato Blanco、Alex Casella、Jinrui Liu、Genevieve Stein-O’Brien、Brian Caffo、Ronna Hertzano、Anup Mahurkar、Jesse Gillis、Jonathan Werner、Shaojie Ma、Nicola Micali、Nenad Sestan、Pasko Rakic、Gabriel Santpere和Seth A. Ament。
新报告所述的研究部分得到了PTE联邦奖（#N626451920001）、NIH研究资助（R01-DC013817、R01-DC019370、R01HG010898-01、R24-MH114788、R24-MH114815、HG010898、R00-NS122085、MH124619、MH130991）、NIDCD/NIH校内研究计划（DC000094-01）、国际奖项（MS20/00064 [ISCIII-MICINN/FEDER]、PID2019-104700GA-I00、PID2022-140137NB-I00 [AEI/ 10.13039/501100011033]）以及约翰霍普金斯大学发现奖的支持。作者无披露事项。
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