七鳃鳗3D脑图谱交互式数据库（截图）。
研究成果登上国际顶级学术期刊《科学》封面。
七鳃鳗被称为“活化石”，至今仍分布在中国东北部沿海等地。
七鳃鳗的“小脑样结构”。
脑演化领域颠覆性成果背后的青年科学家陈铎元。记者 王毅 摄
本报讯（记者 傅凌波）电脑屏幕上，七鳃鳗大脑的三维模型正缓缓旋转；随着切片层层推进，大脑内部结构逐一呈现。图谱的背后，是46万多个细胞的基因3D空间表达数据，也是中国科学家在脑演化领域取得的重大突破。昨日，杭州华大生命科学研究院向媒体展示最新成果。
北京时间6月19日，国际顶级学术期刊《科学》以封面文章形式刊发该成果。中国科学院昆明动物研究所联合杭州华大生命科学研究院、浙江省全省空间组学重点实验室、辽宁师范大学，成功构建首个无颌类脊椎动物——七鳃鳗的全脑时空3D图谱，为解开脊椎动物大脑的起源之谜提供了关键线索。
七鳃鳗被称为“活化石”，至今仍分布在中国东北部沿海等地。4.5亿年前，其祖先与人类直系祖先分道扬镳，但它们的大脑结构在数亿年间几乎未变，仍保持着最原始“五部脑”结构，是追溯脊椎动物祖先状态的绝佳样本。
但受限于技术，科学家始终难以解析其大脑分子功能与空间位置，大脑神经元的演化蓝图是一块模糊的拼图。
“如果能利用空间组学技术，把七鳃鳗大脑做成三维地图，精准锁定每个细胞的‘住址’与‘身份’，我们就能读懂脊椎动物大脑的演化过程。”论文共同第一作者、“华大”副研究员陈铎元难掩兴奋。
借助“华大”研发的时空组学技术，团队为七鳃鳗大脑拍摄了一套“3D高清写真”。通过40张连续切片，精准抓取了全脑14个主要脑区、超46万个细胞的空间转录组数据，成功解析出209种细胞类型和状态，绘制出这张高保真的全脑时空3D图谱。目前，该数据已上线CNSA数据库向全球开放。
基于这张精细图谱，研究团队取得了多项颠覆性发现。
“比较七鳃鳗和小鼠等8个物种的全脑数据发现，大脑的主体框架在5亿年演化中几乎没有改变。但在神经元层面，变化却很明显。”陈铎元指着屏幕解释，七鳃鳗大脑中大量存在具备多种功能的“混合”神经元。而在哺乳动物中，这类“兼职”神经元大幅减少，取而代之的是分工明确的“专职”神经元。
另一个发现，指向困扰学界多年的问题——七鳃鳗到底有没有小脑？“我们在分子层面找到了与斑马鱼小脑高度相似的特异细胞群。”这表明其拥有一个原始小脑功能雏形，为有颌类动物演化出精细小脑奠定基础。
“这项成果相当于给大脑演化研究提供了一张高精度的参照地图。”在全省空间组学重点实验室主任刘石平看来，该成果还为探究脑疾病的发生机制提供基础数据平台。未来，团队计划将技术应用于人脑测序与解读，为脑疾病研究和精准医疗提供新线索。