你大脑顶部的一条细胞向你的脊椎发出信号
然后向你的手发出信号，告诉你食指中的肌肉在适当的压力下按压，以激活鼠标
一系列新的研究表明，大脑中负责启动这一行动的区域--控制运动的初级运动皮层--有多达116个不同类型的细胞共同工作来实现这一目标。这17项研究发表在10月6日 Nature 的在线杂志上。
美国国立卫生研究院(NationalInstituteofHealth)的大脑研究机构(BrainResearch)通过推进创新神经技术(Brain)倡议，以识别大脑某一部分无数不同类型的大量研究人员五年工作的结果。这是一个长期计划的第一步，那就是制作一张全脑图谱，以帮助我们了解大脑中的神经网络是如何控制我们的身体和思想，以及在发生精神和身体问题的情况下，它们是如何被破坏的。
个别研究人员先前已经根据细胞的形状、大小、电特性和基因在它们中的表达来确定数十种细胞类型。新的研究发现了大约五倍以上的细胞类型，尽管许多是众所周知的细胞类型的亚型。例如，释放特定神经递质的细胞，如γ-氨基丁酸(GABA)或谷氨酸(Glu)，每种细胞都有十几个亚型，它们的基因表达和电放电模式可以相互区分。目前的论文只针对运动皮层，而脑倡议细胞普查网络(BICCN)--创建于2017年--致力于绘制整个大脑的所有不同细胞类型的地图，该网络由1,600亿个单个细胞组成，既包括神经元，也包括称为胶质细胞(Glia)的支持细胞。2013年，时任美国总统巴拉克·奥巴马(BarackObama)发起了“大脑倡议”。Bateup说：“一旦我们定义了所有这些部分，我们就可以上升一个层次，开始了解这些部分是如何一起工作的，它们是如何形成一个功能回路的，以及它们是如何最终产生感知和行为以及更复杂的事情的。”“我们在为人类大脑疾病开发有效疗法方面的诸多局限之一是，我们只是不太清楚哪些细胞和连接受到某种特定疾病的影响，因此无法准确确定我们需要针对的目标，”恩盖说。去年，他领导了加州大学伯克利分校(UC Berkeley)的“大脑倡议”(Brain Initiative)，并在去年开始指导整个国家计划。“关于构成大脑的细胞类型及其特性的详细信息，最终将有助于开发治疗神经和神经精神疾病的新疗法。”Ngai是这篇旗舰论文的13位对应作者之一，总共有250多位合著者。Bateup，Hockemeyer和Ngai在早先的一项研究中合作，研究了小鼠中脑中产生多巴胺的单个细胞中的所有活性基因，后者的结构与人脑相似。同样的分析技术，包括识别每个细胞中所有特定的信使RNA分子及其水平，被其他BICCN研究人员用于分析运动皮层中的细胞。这种类型的分析，使用一种称为单细胞RNA测序(scrna-seq)的技术，称为转录。
表1：单细胞RNA测序技术总览
ScRNA-seq技术是BICCN小组用来描述三种不同哺乳动物的不同细胞类型的近12种不同实验方法之一：小鼠、猴和人类。其中四种方法涉及到识别基因表达水平和确定基因组染色质结构和DNA甲基化状态的不同方法，即表观基因组。其他技术包括经典的电生理膜片钳记录，通过细胞如何激发动作电位来区分细胞，按形状对细胞进行分类，确定它们的连通性，以及观察细胞在大脑中的空间位置。其中一些使用机器学习或人工智能来区分细胞类型。霍克迈尔说：“这是对这些细胞类型最全面的描述，具有高分辨率和不同的方法。”“本文的结论是，在用这些不同的方法确定细胞类型时，存在着显著的重叠和一致性。”在新的研究中确定的单个细胞类型的数量取决于所使用的技术，范围从几十个到116个不等。例如，一项发现是，人类大脑这一区域的不同类型的抑制神经元是兴奋性神经元的两倍，而老鼠的抑制神经元是5倍。“以前，我们已经定义了大约10到20种不同的细胞类型，但我们不知道我们根据基因表达模式来定义的细胞是否与根据它们的电生理特性而定义的细胞相同，或者它们的形态所定义的神经元类型是相同的。”未来的研究可能会显示，在运动皮层识别的细胞类型的数量是高估的，但目前的研究在组装整个大脑的细胞图谱方面是一个良好的开端。
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