大腦皮層為何是身體“管理中樞”？我國科學家揭開其起源演化之謎

大腦皮層被稱為身體的“管理中樞”，在于它一手包攬視覺、聽覺、觸覺等基礎感知，控制軀體運動，更承載著思考、決策、語言、自我意識等人類獨有的高級功能。可如此精密復雜的結構，究竟是如何從簡單的神經組織，演化成如今的智慧核心？過去百年，學界始終被兩種完全相反的假說拉扯，誰也無法說服誰。

但就在今年4月17日，新華社等媒體報道稱國際頂刊《科學》刊發(fā)一項重磅成果——中國科學院腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心聯合杭州華大生命科學研究院、澳大利亞莫納什大學團隊，終結了神經科學界關于大腦皮層起源近百年的爭論，首次找到靈長類大腦皮層成型的核心骨架，用一條全新的分子梯度軸，把長期對立的兩大假說“合二為一”。

這項研究不僅回答了“大腦皮層從哪里來”，更揭開了它如何一步步成為人體感知、運動與高級認知的“總指揮部”。

關于動物大腦皮層的形成及來源，一直以來主要有兩種假說。其中一派以美國神經科學家喬·卡斯為代表，提出初級感覺皮層錨點假說。他們在解剖中發(fā)現，從刺猬等簡單哺乳動物到高等靈長類，初級感覺皮層始終穩(wěn)定存在，負責處理最基礎的外界信號。而獼猴等靈長類的初級感覺皮層之間，逐漸擴張出前額葉、頂葉等負責復雜認知的聯合皮層，因此堅信大腦皮層是從初級感覺皮層為起點，向外逐步擴張形成的。這一假說長期占據主流，成為學界默認的皮層組織規(guī)律。

另一派則以科學家德帕克·潘蒂亞的雙重起源假說為核心，認為皮層真正的源頭是海馬、梨狀皮層等演化上更古老的異皮層。這些古老腦區(qū)從單層神經元開始，通過層層分化，逐步形成六層結構的特化皮層，最終擴張成完整的大腦皮層組織。在原始動物身上，古老腦區(qū)承擔多種功能，到高等動物才特化出專門腦區(qū)，這一邏輯也讓該假說擁有堅實的解剖依據。

兩大假說都有觀測支撐，卻又彼此矛盾，就像兩群人分別從一座大山的兩側攀登，都看到了山體的一部分，卻始終無法拼湊出完整全貌。直到中國團隊用上空間轉錄組學、磁共振成像、逆向神經示蹤等多模態(tài)前沿技術，才終于打通了微觀基因與宏觀腦結構的壁壘，看清了大腦皮層發(fā)育的完整邏輯。

研究團隊選擇大腦表面光滑、溝回簡單的普通狨猴作為模型，這種小型靈長類保留了皮層核心區(qū)域，又能大幅降低數據解析難度。通過高精度全腦整合圖譜分析，科學家們有了顛覆性發(fā)現：大腦皮層里根本不存在“唯一起點”，而是同時存在兩個方向完全相反的分子梯度，共同撐起了皮層的整個框架。

這兩個梯度被命名為Pr-Al分子梯度軸：Pr梯度錨定在初級感覺皮層，負責外界信號感知，從這里向聯合皮層逐漸減弱；Al梯度錨定在古老的異皮層，掌管情緒、記憶等原始功能，同樣向聯合皮層遞減。兩條梯度呈顯著負相關，就像兩股相向而行的力量，在中間地帶交匯平衡，最終孕育出負責高級認知的聯合皮層。

這意味著，兩大假說都沒有錯，只是各自摸到了真相的一半。初級感覺皮層和古老異皮層，不是非此即彼的起源，而是同一條組織軸上的兩個對立錨點。大腦皮層既不是單純從感覺區(qū)擴張，也不是只由古老腦區(qū)分化，而是在兩股梯度的拉扯、融合中，逐步搭建起完整結構，最終成為統(tǒng)管全身的管理中樞。

更關鍵的是，這條梯度軸并非成年后突然形成，而是出生時就已存在雛形，在后天發(fā)育中不斷精細化，基因與環(huán)境共同打磨，最終形成成年后界限清晰的腦區(qū)格局。

這條Pr-Al梯度軸，堪稱靈長類大腦的核心骨架。它不僅決定了細胞類型和基因表達的分布，界定了不同腦區(qū)的解剖邊界，還與丘腦、背側紋狀體等腦區(qū)形成“鏡像”對應，構建起全腦協(xié)同的組織邏輯。

其中，負責自我意識、抽象思維的默認模式網絡，恰好位于兩條梯度的最大交匯區(qū)，擁有最復雜的基因表達特征，這也從分子層面解釋了人類高級認知從何而來。

跨物種研究還帶來意外驚喜：盡管獼猴與人類親緣更近，但狨猴的聽覺皮層基因表達卻與人類高度相似，呈現出獨特的趨同進化。這一特征與兩者復雜的社會性發(fā)聲行為密切相關，為探索人類語言的起源提供了全新線索。

這項基礎研究的突破，絕不止于解答科學謎題，更將徹底改寫腦科學的應用未來。過去腦機接口的電極植入，依賴人為劃定的腦區(qū)“硬邊界”，可大腦的功能本是連續(xù)梯度變化，就像山川河流無法用行政邊界割裂。

如今有了梯度軸導航，電極能精準植入功能最匹配的微腦區(qū)，大幅提升信號采集效率。在腦疾病診斷上，阿爾茨海默病、自閉癥等神經發(fā)育疾病，也能依托梯度規(guī)律找到更精準的發(fā)病靶點，推動精準診療落地。

從百年爭論到合二為一，中國科學家用多模態(tài)技術，找到了大腦皮層成為管理中樞的底層密碼。這不僅為靈長類大腦演化與發(fā)育奠定了理論基石，更讓人類第一次看清，自己最神秘的器官，是如何在兩股古老力量的平衡中，一步步孕育出智慧與文明。

而這張大腦“雙極地圖”，也將成為未來腦科學、腦機接口、類腦智能等領域的全新導航圖，帶領人類走向更深入的大腦探索之旅。

消息來源：新華網4月17日報道《我國科學家找到了大腦皮層的起源》
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