近日，中國科學院自動化研究所腦網(wǎng)絡組研究中心聯(lián)合電子科技大學生命科學和技術(shù)學院利用腦網(wǎng)絡組圖譜的思想，繪制了靈長類大腦頂下小葉跨物種腦連接圖譜，揭示了人類與非人靈長類頂下小葉不對稱性的進化差異，為人類語言和工具使用的起源和演進提供了新的線索，從而為闡明人類為什么成為人類提供了新證據(jù)，相關研究近期發(fā)表在國際學術(shù)期刊eLife上。 

　　達爾文的進化論認為人類的起源是由于自然選擇驅(qū)動的生物進化。然而，與現(xiàn)存的非人靈長類動物例如猴和猿相比，人類在很多高級認知功能方面具有顯著的優(yōu)勢，尤其是語言和使用復雜工具的能力，這可能構(gòu)成了“人之所以為人”的基礎。通過解析和比較人類與其他非人靈長類動物腦結(jié)構(gòu)和功能上的差異性與相似性，我們可以部分回答和闡釋人類本源這一長期懸而未決的難題。但由于難以確定不同物種間腦功能區(qū)的同源性，目前仍缺乏可靠的技術(shù)手段進行跨物種腦結(jié)構(gòu)與功能上的進化研究。

　　自動化所腦網(wǎng)絡組研究中心提出利用繪制跨物種腦網(wǎng)絡組圖譜的手段來研究不同物種的進化模式，為回答語言和復雜工具使用的進化腦機制提供了有力工具。研究人員首先利用磁共振成像技術(shù)獲得了人類、黑猩猩以及獼猴的結(jié)構(gòu)磁共振和彌散張量磁共振成像數(shù)據(jù)，并以語言和工具使用最相關的頂下小葉為研究對象，通過結(jié)構(gòu)磁共振成像分析了三種靈長類頂下小葉結(jié)構(gòu)上的不對稱性。研究在黑猩猩和人類中發(fā)現(xiàn)了相似的結(jié)構(gòu)不對稱性，但在獼猴中未發(fā)現(xiàn)類似模式，說明頂下小葉結(jié)構(gòu)的分離出現(xiàn)在三個物種的共同祖先之后，而在黑猩猩和人類共同祖先之前。此外，研究人員進一步利用彌散磁共振成像，繪制了人類、黑猩猩和獼猴頂下小葉的亞區(qū)尺度的腦連接圖譜，發(fā)現(xiàn)在三個靈長類物種間，腦解剖連接模式的不對稱性呈現(xiàn)梯度式的進化模式，即與人類親緣關系較遠的獼猴中沒有腦連接的不對稱；但在與人類親緣關系較近的黑猩猩中開始出現(xiàn)腦連接的不對稱；而且這種不對稱性在人類大腦中更加廣泛。以上發(fā)現(xiàn)表明腦結(jié)構(gòu)與其解剖連接模式的不對稱性是驅(qū)動語言以及復雜工具使用進化的內(nèi)在生物學基礎。 

　　腦科學已成為全球研究的熱點和科技競爭的制高點。近來，越來越多的腦科學研究從嚙齒類動物轉(zhuǎn)向非人靈長類動物。然而，如何將非人靈長類動物模型的研究結(jié)果向人類腦科學研究轉(zhuǎn)化存在嚴重的技術(shù)瓶頸。該團隊的系列研究表明繪制跨物種腦網(wǎng)絡組圖譜是推動非人靈長類動物模型到人類大腦研究的橋梁。因此，從神經(jīng)系統(tǒng)進化的角度，開展靈長類近緣物種間的比較研究，繪制人類和非人靈長類動物的腦網(wǎng)絡組圖譜，進而明確非人靈長類動物與人類在大腦結(jié)構(gòu)和功能組織上的異同。這不但是破譯人類大腦特有高級認知功能的一個重要突破口，同時也對建立重大腦疾病的非人靈長類動物模型，深入研究人類腦疾病的致病機制具有重要的科學和臨床意義。 

　　本研究的通訊作者為中國科學院自動化研究所蔣田仔和樊令仲研究員，第一作者是電子科技大學生命科學與技術(shù)學院博士生程祿祺（現(xiàn)單位為桂林電子科技大學），電子科技大學生命科學與技術(shù)學院王驕健副教授、喬治華盛頓大學Chet Sherwood教授和北京師范大學龔高浪教授參與了此項研究。  

　　文章鏈接： 

　　Cheng L., Zhang Y., Li G., Wang J., Sherwood C., Gong G., Fan L., Jiang T. 2021. Connectional asymmetry of the inferior parietal lobule shapes hemispheric specialization in humans, chimpanzees, and rhesus macaques. eLife 10:e67600. https://elifesciences.org/articles/67600