从“脑图谱”到“睡眠黑科技”，一文看懂华大在脑科学领域的深耕

摘要：脑科学被誉为生命科学的“终极疆域”，其使命在于探索自然界最复杂的系统之一——大脑的无穷奥秘。它融合了神经生物学、人工智能、临床医学等多学科知识，强调通过传统学科与信息技术交织以理解大脑复杂的功能与交互机制，是21世纪科学研究最具前瞻性的领域之一。

脑科学被誉为生命科学的“终极疆域”，其使命在于探索自然界最复杂的系统之一——大脑的无穷奥秘。它融合了神经生物学、人工智能、临床医学等多学科知识，强调通过传统学科与信息技术交织以理解大脑复杂的功能与交互机制，是21世纪科学研究最具前瞻性的领域之一。

放眼全球，脑科学正以前所未有的速度发展。围绕“认识大脑、保护大脑、创造大脑”的目标，各国纷纷加大投入，形成国际协作的科研格局。近十年来，已有105个国家和地区开展脑科学研究，中国已展现出强劲的科研增长势头。而华大凭借其领先的时空组学、细胞组学、高通量测序技术等核心技术平台，成为了推动该领域发展的重要力量。迄今，华大脑科学相关科研成果已在《自然》（Nature）、《科学》（Science）、《细胞》（Cell）等国际顶级学术期刊发表百余篇论文，在关键技术自主创新、跨物种脑图谱绘制、重大脑疾病机制解析及产业转化等方面取得了多项突破。

自主技术驱动，构建跨物种、多维度的“大脑地图”

大脑就像一座错综复杂的城市，每个区域都有着独特的功能和任务。要真正理解这座城市，我们需要一张详尽的“地图”。

华大自主研发的堪称超广角百亿像素“生命照相机”的时空组学技术Stereo-seq、可将二维空间组学数据重建为三维数字模型的三维时空建模工具包Spateo以及可对单个细胞进行分析的细胞组学技术等，为精细化脑图谱的绘制奠定了坚实基础。

基于这些工具，华大联合国内外多家机构绘制了小鼠、猕猴等重要模式生物的脑图谱，揭示了特定物种大脑的精细结构，并通过跨物种比较，为理解大脑的演化、高级认知功能的起源以及人类疾病模型的构建提供了关键线索。

模式生物是人类了解自身的重要载体。作为与人类亲缘关系最近的模式动物，灵长类大脑图谱是理解人类大脑的关键。近年来，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、华大生命科学研究院等国内外多家单位联合开展的脑科学国际大科学研究已取得诸多突破性成果，不仅揭示了大脑的复杂运作机制，还为破解人类大脑的奥秘提供宝贵线索。

·猕猴大脑皮层图谱：2023年，研究团队构建了猕猴大脑皮层的单细胞空间转录组图谱，并依托时空组学技术Stereo-seq详细绘制了猕猴大脑皮层的细胞类型分类树，揭示了大脑皮层各个区域间复杂的神经网络及层级结构。

·猕猴屏状核图谱：2025年，研究团队绘制了猕猴屏状核的单细胞空间图谱。同时通过整合空间组学、单细胞组学与连接组学，揭示了猕猴屏状核是整合多脑区信息、调控意识的“总控开关”，为理解意识的产生机制提供了全新视角。

·小鼠全脑图谱：2025年，研究团队发布了小鼠全脑的单细胞空间转录组图谱，成功识别了神经元亚型在空间中的分布特征，也进一步扩展了我们对大脑细胞分布和功能多样性的理解。

有了猕猴和小鼠大脑图谱的数据还不够，通过比较不同物种的大脑，才能更好地推动脑的演化和功能研究。华大在这一方向也在持续探索。

·羊膜类动物脑图谱：华大等构建了包含鸟类、哺乳类和龟类的五个代表物种、超过百万个细胞的跨物种单细胞图谱，首次揭开了脊椎动物跨越3.2亿年的神经元演化之谜。

·小脑与下丘脑图谱：通过比较人类、猕猴与小鼠的大脑图谱，华大等揭示了灵长类特有的神经元亚群与神经递质耦合方式，为开发更符合人类神经特征的疾病模型、精准药物及神经调控技术奠定了基础。

前沿医疗应用，为重大脑疾病寻找“治愈密码”

绘制大脑图谱的最终目的是为了了解大脑和保护大脑。华大秉承着“基因科技造福人类”的使命，努力推动脑疾病及再生相关研究，致力于将前沿科学发现转化为守护人类健康的行动。

通过对疾病状态下的大脑进行精细解析，华大为多种神经系统疾病的病理机制、早期诊断和药物靶点发现提供了关键线索。

·阿尔茨海默病：2025年，华大等构建了全球首个阿尔兹海默病患者海马的高精度三维分子图谱，还展示了如何通过精准的分子图谱识别不同细胞类型在阿尔茨海默病中的作用，为阿尔茨海默病的早期诊断、靶向治疗和个性化医学提供了坚实的科学基础。

·脑出血：同样在2025年，华大等绘制了首个覆盖脑出血从超急性期（3小时）到恢复期（28天）全过程的时空分子图谱，为抓住治疗“黄金窗口”、开发促进神经修复的新药提供了关键参考。

·代谢相关脑功能失调：2024年，通过构建代谢失调猕猴的下丘脑图谱，华大等首次揭示了肥胖、糖尿病等能量代谢失衡与神经调控机制之间的深层联系。

从具有强大再生能力的生物中寻找线索，是攻克神经损伤修复难题的重要途径。

蝾螈的大脑能够在遭受损伤后，重新生成失去的脑组织，这一现象为人类大脑修复提供了极具启发性的线索。2022年，研究团队成功绘制了首个高分辨率的蝾螈端脑再生时空图谱，详细解析了蝾螈端脑再生的细胞和分子机制，为哺乳动物大脑再生研究提供了重要的理论依据，也为人类大脑修复相关研究提供了全新的方向和思路。相关成果以背靠背封面文章的形式发表于《科学》。

《科学》期刊封面

全球协作引领，共筑脑图谱大科学计划

我国科学家与国际团队协同攻关，在爬行类、鸟类、啮齿类、非人灵长类和人类等关键物种“大脑地图”绘制相继取得重要成果，充分彰显了我国在脑科学领域的前沿探索与技术融合实力。这不仅标志着我们的研究体系已从小型动物推进到非人灵长类，正稳步向绘制人脑介观图谱的终极目标迈进，也意味着我国脑图谱大科学计划的实施条件已日臻成熟。

2025年9月，中国、美国、英国、澳大利亚、印度、日本、韩国等25个国家和地区的118名成员，正式成立了“国际灵长类介观脑图谱联盟”。华大作为联盟核心发起单位之一，携其全球领先的时空组学等前沿技术深度参与，为这一宏伟的国际大科学计划提供重要助力。与此同时，《国际灵长类介观脑图谱联盟白皮书》重磅发布。

联盟的成立与白皮书的发布，标志着科学界正式启动了“全脑介观神经联接图谱”这一全球性大科学计划。全球范围内的灵长类脑图谱研究从此步入系统合作新阶段。