大腦皮層如何從進(jìn)化上古老的區(qū)域擴(kuò)張為高度特化的六層結(jié)構(gòu)，一直是神經(jīng)科學(xué)的核心謎題。圍繞這一過(guò)程，學(xué)界長(zhǎng)期存在兩種對(duì)立假說(shuō)：“雙起源假說(shuō)”認(rèn)為皮層從兩個(gè)古皮層區(qū)域（如梨狀皮層和內(nèi)嗅皮層）逐漸分化而來(lái)；而“分子錨點(diǎn)假說(shuō)”則主張初級(jí)感覺(jué)皮層才是皮層擴(kuò)張的最初錨點(diǎn)。這兩種觀點(diǎn)各自擁有證據(jù)，卻長(zhǎng)期難以調(diào)和。

2026年4月16日，國(guó)際頂級(jí)期刊《科學(xué)》（Science）發(fā)表了一項(xiàng)題為《An opposing molecular gradient axis underlies primate cortical organization》的研究。該研究由中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心劉賜融研究員、華大生命科學(xué)研究院郝世杰副研究員、中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心孫怡迪研究員共同通訊，黃智、楊倩倩、李生龍、朱曉嘉、王賀、林霽煊為論文共同第一作者。研究團(tuán)隊(duì)以大腦平滑、適合全腦分析的狨猴為模型，整合了高精度空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)、單核RNA測(cè)序、磁共振成像和神經(jīng)元示蹤技術(shù)，構(gòu)建了首個(gè)靈長(zhǎng)類(lèi)大腦三維多模態(tài)分子圖譜，并揭示了一個(gè)統(tǒng)一的對(duì)立分子梯度軸，成功調(diào)和了上述長(zhǎng)期存在的理論分歧。

研究團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)Stereo-seq技術(shù)獲得了全腦單細(xì)胞分辨率的空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，并結(jié)合單核RNA測(cè)序鑒定出180余種神經(jīng)元類(lèi)型。令人意外的是，這些細(xì)胞類(lèi)型并非隨機(jī)分布，而是呈現(xiàn)出明顯的兩極分化：一類(lèi)細(xì)胞類(lèi)型高度富集于初級(jí)感覺(jué)皮層（如初級(jí)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和體感皮層），另一類(lèi)則主要位于古皮層及其周邊區(qū)域（如梨狀皮層和內(nèi)嗅皮層）。通過(guò)計(jì)算每個(gè)皮層區(qū)域的“初級(jí)-古皮層指數(shù)”（Pr-Al index），團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)整個(gè)皮層沿此指數(shù)形成一個(gè)連續(xù)的光譜——初級(jí)感覺(jué)皮層位于一端，古皮層區(qū)域位于另一端，而聯(lián)合皮層恰好處于兩者的交匯處。這一對(duì)立梯度軸解釋了細(xì)胞組成總方差的40%以上，并且在人類(lèi)、獼猴、狨猴和小鼠中高度保守，表明它是皮層組織的一個(gè)基本原則。更重要的是，該軸同時(shí)支持了兩種原本矛盾的假說(shuō)：初級(jí)感覺(jué)皮層和古皮層分別作為軸的兩端錨點(diǎn)，共同驅(qū)動(dòng)了皮層的進(jìn)化擴(kuò)張。

進(jìn)一步的研究揭示，這一分子梯度并非一成不變。通過(guò)對(duì)新生、嬰兒和幼年狨猴的分析，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)對(duì)立梯度在出生時(shí)已初步形成，但會(huì)在出生后經(jīng)歷顯著的精細(xì)化重塑，相關(guān)基因的表達(dá)模式逐漸變得界限分明。這種重塑主要發(fā)生在神經(jīng)元中，且不同神經(jīng)元亞類(lèi)呈現(xiàn)各異的發(fā)育軌跡，感覺(jué)經(jīng)驗(yàn)和神經(jīng)活動(dòng)可能在塑造梯度中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在皮層分區(qū)方面，梯度變化最劇烈的區(qū)域恰好對(duì)應(yīng)著傳統(tǒng)解剖學(xué)定義的皮層邊界，但研究還發(fā)現(xiàn)了許多未被記錄的新邊界——例如，在內(nèi)嗅皮層和初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層內(nèi)部。

令人驚訝的是，這一對(duì)立梯度并非皮層獨(dú)有。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，丘腦和背側(cè)紋狀體的基因表達(dá)模式同樣呈現(xiàn)出與皮層高度一致的Pr-Al軸，并且這種分子耦合在狨猴中顯著強(qiáng)于小鼠。利用逆行示蹤，他們證實(shí)了皮層Pr區(qū)域主要投射到丘腦PC1陽(yáng)性的核團(tuán)，而Al區(qū)域則連接PC1陰性核團(tuán)，表明分子梯度直接對(duì)應(yīng)著結(jié)構(gòu)連接圖譜。在功能網(wǎng)絡(luò)層面，默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)（DMN）恰好位于梯度交匯的頂峰區(qū)域，其分子組成異常復(fù)雜，需要最多的基因才能重構(gòu)其空間模式。有趣的是，狨猴的前額極（A10區(qū)）雖然與DMN的功能連接較弱，卻共享了高度相似的分子特征。最后，跨物種比較發(fā)現(xiàn)，雖然獼猴在系統(tǒng)發(fā)育上更接近人類(lèi)，但在聽(tīng)覺(jué)皮層，狨猴與人類(lèi)的轉(zhuǎn)錄組相似性反而更高——兩者共享了大量與離子通道、軸突生長(zhǎng)和神經(jīng)可塑性相關(guān)的基因。

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