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为解决缺乏跨物种统一脑图谱导致难以对比人类与黑猩猩大脑连接性差异等问题，研究人员开展构建黑猩猩脑图谱（ChimpBNA）及相关研究。结果发现两物种连接性差异、不对称模式，还明确相关基因。该研究为理解人类大脑进化提供关键依据。
在探索人类大脑进化的征程中，黑猩猩一直是极为关键的研究对象。作为人类现存最亲近的灵长类亲戚，黑猩猩与人类在约 6 - 8 百万年前拥有共同祖先。尽管黑猩猩大脑体积仅约为人类的三分之一，但在神经解剖和认知功能方面却与人类存在诸多相似之处，比如都具备社会行为、工作记忆以及使用工具的能力。这使得黑猩猩成为研究人类进化的理想参照。
然而，当前研究面临诸多挑战。一方面，虽然神经成像技术在定量比较黑猩猩与其他灵长类动物大脑结构方面取得进展，但仅依靠皮层形态变化无法充分解释进化适应性，尤其是在联合皮层区域。另一方面，研究大脑进化需要从遗传角度深入探究，因为分子机制可能驱动物种间大脑连接的差异，进而揭示灵长类认知多样性和适应性的奥秘。但目前，对黑猩猩与人类大脑连接性差异的全面分析，以及结合遗传因素探究物种差异的研究仍较为匮乏。同时，理解与高级认知过程（如语言和工具使用）相关的神经解剖和功能不对称性，需要全脑范围的研究，而现有的局部结构特征研究远远不够。更为关键的是，跨物种神经科学研究缺乏标准化的大脑参考系统，不同物种的大脑图谱在构建方式上存在差异，这极大地阻碍了跨物种的直接比较。
为攻克这些难题，中国科学院自动化所脑网络组研究中心等机构的研究人员展开了深入研究。他们构建了黑猩猩脑图谱（ChimpBNA），这一成果发表在《The Innovation》上，为深入探究人类大脑进化提供了新的视角和有力工具。
研究人员采用了一系列关键技术方法。首先，利用基于连接性的分区框架构建 ChimpBNA，对 46 只黑猩猩的大脑进行概率纤维束成像，将大脑划分为 200 个皮层区域和 44 个皮层下区域。接着，通过重建人类和黑猩猩的同源白质纤维束，构建连接性蓝图，以此分析两物种间的连接性差异。此外，研究人员还利用基于髓鞘的对齐技术，研究大脑连接模式的全脑侧化现象，并通过部分最小二乘回归（PLSR）等方法探究连接性差异与基因表达的关联。
研究结果如下：
- 黑猩猩大脑基于连接性的分区：成功构建 ChimpBNA，其交互界面可通过网络查看。该图谱与先前的黑猩猩皮层分区相比，在区域标签和边界的空间对应性上存在差异。同时，分析发现黑猩猩大脑存在结构半球不对称性，如部分区域灰质体积和表面积呈现左右不对称分布。
- 物种间连接性差异：通过计算对称 Kullback - Leibler（KL）散度，研究人员绘制出连接性差异图。结果显示，人类和黑猩猩连接性差异最大的区域位于颞叶中部和后部，如前颞上沟（aSTS）、前后颞上沟（rpSTS 和 cpSTS）等。这些差异与皮层扩张的相关性较弱，且在高阶认知网络中的差异大于视觉 / 躯体运动网络。此外，利用 NeuroSynth 数据发现，差异较大的区域与 “记忆”“策略” 等高阶功能相关，差异较小的区域与基本感觉和运动处理相关。
- 全脑水平的连接性侧化：研究人员分别计算黑猩猩和人类大脑半球间的 KL 散度，发现两物种在一些区域存在连接性不对称现象。通过基于髓鞘的对齐技术，在共同空间中识别出物种共享和物种特异性的不对称连接区域。例如，人类在背侧下顶叶（IPL）、前岛叶皮层等区域存在独特的不对称连接；黑猩猩在颞叶后部和枕叶内侧皮层表现出独特的连接性不对称。
- 物种间连接性差异与基因表达的关联：借助艾伦人类大脑图谱（AHBA），研究人员发现连接性差异图与基因表达存在显著相关性。筛选出 1939 个相关基因，这些基因在兴奋性神经元中富集，与神经元形成、投射和突触相关。其中 71 个基因与人类大脑相关的加速进化基因（HAR - BRAIN 基因）重叠，进化速率分析表明，部分基因在黑猩猩 - 人类分支中经历了正选择。
研究结论和讨论部分指出，ChimpBNA 的构建是比较神经科学领域的重要进展，它为黑猩猩大脑组织提供了详细地图，有助于更精确地与人类大脑进行比较。研究揭示的连接性差异可能是物种特异性认知和运动特化的神经解剖学基础。例如，在涉及复杂认知的楔前叶（Pcun），人类和黑猩猩的不同亚区域连接性差异可能反映出人类更高级的认知能力和黑猩猩更强的运动适应性。同时，基因表达关联分析表明，与连接性差异相关的基因在神经元投射、突触功能等方面发挥关键作用，且这些基因的进化特征暗示了人类和黑猩猩在大脑发育和连接方面的遗传适应性。
然而，研究也存在一些局限性。如纤维束成像可能产生假阳性结果，物种间大脑大小差异影响图像分辨率，难以精确绘制较小的皮层下核和小脑区域，以及分区可靠性有待提高等。尽管如此，该研究依然为人类大脑进化研究开辟了新方向，未来研究可聚焦于建立更精确的跨物种同源映射，进一步提升跨物种图谱在理解大脑进化中的作用。
