Science：刘赐融/郝世杰/孙怡迪合作发现大脑皮层对立分子梯度轴，一统大脑皮层演化的百年争议
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
2026 年 4 月 16 日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心刘赐融研究员、华大生命科学研究院郝世杰副研究员、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心孙怡迪研究员等作为共同通讯作者（黄智、杨倩倩、李生龙、朱晓嘉、王贺、林霁煊为论文共同第一作者），在国际顶尖学术期刊 Science 上发表了题为：An opposing molecular gradient axis underlies primate cortical organization 的研究论文。
通过对狨猴大脑的深度解析，该研究不仅构建了全球首个狨猴全脑单细胞多模态图谱，还首次发现了灵长类大脑皮层中的 Pr-Al 对立分子梯度轴。这一发现为认知大脑结构、理解灵长类大脑高级认知功能的生长演化提供了全新理论框架，还统一了学界关于大脑皮层演化近百年的争议。
构建全球首个狨猴全脑单细胞多模态图谱
在以往的脑科学研究中，解剖学、影像学与基因组学往往相对独立，从各自维度切入，为解读大脑奥秘提供多元视角。而这项研究通过将神经影像学（MRI）与华大自主研发的时空组学技术 Stereo-seq、单细胞测序技术深度融合，实现了宏观的功能监测与微观的分子解析紧密联动。
通过 MRI，我们可以观测大脑在执行特定动作（例如抓取或思考）时的实时活动情况；而利用时空组学技术 Stereo-seq，就能像导航软件放大实景一样，精准锁定这些活动背后对应的细胞类型及其内部的基因表达。
通过这种跨尺度、跨学科的整合，研究团队成功构建了全球首个狨猴全脑单细胞空间转录组+神经连接+功能影像的三维整合脑图谱，实现了分子表达、细胞类型、神经环路、解剖分区与功能网络的多维度精准对齐，让研究团队得以在全脑尺度系统解析皮层构建的底层逻辑。
目前，相关数据已保存至 CNGBdb（MCCSTA数据库https://db.cngb.org/stomics/mccsta/）。
狨猴全脑单细胞多模态图谱
大脑皮层中两种相反的分子梯度
基于这张超高精度脑图谱，研究团队发现，大脑皮层的组织逻辑遵循一套精密的双向分子梯度轴。具体来说，研究团队确定了两个互为对立的演化锚点：Pr 极（初级感觉区，负责接收视觉、听觉、体感等外界信号）和 Al 极（古皮层/边缘皮层，演化上极其古老的区域，例如处理嗅觉的区域），在这两个端点分别有大量基因处于高表达状态。随着空间延伸，这些基因的表达强度逐渐减弱，形成两股相向而行、相互拮抗的分子梯度。
大脑皮层的拮抗分子梯度
而在两股分子信号叠加融合的中间地带，恰恰是灵长类的联合皮层。这里不仅是人类抽象思维、自我意识与高级决策功能的汇聚点，也是大脑处理复杂信息的中枢。
Pr-Al 轴的发现，首次从分子层面回答了灵长类高级联合皮层从何而来的关键问题，成功统一了此前关于大脑皮层演化的“双起源假说”与“分子锚定假说”。此外，研究团队还证实了这种 Pr-Al 轴不仅存在于大脑皮层，还贯穿了丘脑、纹状体等全脑核团，形成了一套全脑协同的演化逻辑。
狨猴的 Pr-Al index
人类与狨猴听觉皮层的趋同演化
除了 Pr-Al 对立分子梯度轴，研究团队还获得了一项关于社交的意外发现：虽然猕猴在进化树上离人类更近，但在听觉皮层的分子特征上，狨猴反而与人类表现出更高的相似性。
这主要是因为狨猴有着丰富的社会交流行为，会轮流应答、互相学习鸣叫。为了支撑这种高阶的沟通需求，狨猴大脑在演化中形成了与人类高度共享的神经分子机制，二者共享大量听觉‑发声调控相关基因与细胞类型排布模式。这使得狨猴成为了研究人类语言起源、言语发育障碍、社交沟通相关疾病（例如自闭症）的理想动物模型。
人类和狨猴在听觉皮层有相似的基因表达
总的来说，该研究不仅终结了双起源假说与分子锚定假说的百年争议，更建立起一套从分子、细胞到核团、网络和演化的全层级、跨尺度脑构建理论。这一框架有望为自闭症、精神分裂症、阿尔茨海默病等脑疾病的诊断与干预提供全新靶点，也为类脑计算架构与人工智能系统勾勒了一份天然的设计蓝图。
在美国和日本的国家级脑计划中，狨猴都占据核心地位，是解析人类大脑、攻克脑疾病的理想实验模型。中国团队首次绘制狨猴脑图谱，成为“中国脑计划”的关键里程碑成果。从破译皮层结构到解锁认知起源，时空组学技术正在助力我们探索生命最复杂的器官，也推动中国在脑演化与脑认知科学领域持续走向国际前沿。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea2673
原标题：《Science：破解灵长类大脑进化密码！刘赐融/郝世杰/孙怡迪合作发现大脑皮层对立分子梯度轴，一统大脑皮层演化的百年争议》