人类复杂的大脑皮层如何从简单的结构演化而来？长期以来，科学家们对此持有两种看似矛盾的观点：一种认为大脑从最古老、最靠近边缘的区域扩展而来；另一种则认为，处理视觉、听觉等基本感觉的初级区域才是扩张的起点。

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组和孙怡迪研究组、杭州华大生命科学研究院副研究员郝世杰、澳大利亚莫纳什大学教授马塞洛·罗萨（Marcello Rosa ）团队合作在Science期刊发表题为《An opposing molecular gradient axis underlies primate cortical organization》的研究论文。

该研究通过前所未有的“多模态”脑图谱分析，最终统一了这场持续百年的学术争论。研究发现，灵长类的大脑皮层并非由单一“起点”向外生长，而是沿着一个由两组“相反的分子梯度”构成的隐形坐标轴精密组织起来的，这一核心原则为理解大脑的复杂性提供了根本性的新蓝图。

选择“光滑”大脑，破解“褶皱”难题

为了看清大脑组织的全局，研究团队选择了一个独特的模型——普通狨猴。这种小型灵长类动物大脑的关键特征与人类、猕猴相似，但其大脑皮层是“光滑”的，没有复杂的沟回褶皱。这避免了像在人类大脑中那样，因结构折叠而难以追踪全脑尺度的连续变化，如同得到了一张可以平铺展开的、完整的“大脑地图”。

绘制图谱：融合基因、细胞与连接的“全息影像”

研究采用了一种革命性的多模态综合方法。他们将覆盖全脑的单细胞分辨率空间转录组学、单核RNA测序，与传统的磁共振成像和神经元追踪数据相结合。这相当于同时获取了大脑的“基因活性地图”、“细胞类型地图”、“解剖结构地图”和“神经线路地图”，并将它们完美叠加，首次实现了对灵长类大脑从分子到连接的全方位、高精度测绘。

核心发现：统一理论的“相反梯度轴”

分析揭示了大脑皮层组织的根本原则：存在一个由两个相反的分子表达梯度所定义的轴。

一端是分子梯度从皮层外侧区域（如与嗅觉、记忆相关的梨状皮层、内嗅皮层）向外辐射。

另一端则是由初级感觉区域（如视觉皮层V1）发源的相反梯度。

这两个梯度在大脑皮层中交汇、抗衡，而负责高级认知的联合皮层（如前额叶）则恰好位于这两个梯度“势力范围”的交界地带。这一发现完美调和了长期对立的假说：古老边缘区和初级感觉区并非谁衍生谁，而是作为这个统一组织轴的两端“锚点”，共同塑造了整个皮层的地形格局。令人惊讶的是，这一梯度轴在人类、猕猴、狨猴乃至小鼠中普遍存在，表明这是哺乳动物大脑一个深层的、保守的组织框架。

大脑皮层的反向分子梯度（图源自Science）

深远洞见：从发育塑造到跨物种进化

进一步研究带来了更多洞见：

经验塑造：该梯度轴在出生时已存在，但在出生后经历显著“锐化”，表明外部感官经验主动参与并精细调整了这一内在的生物学蓝图。

界定脑区：沿梯度发生的剧烈分子和细胞组成变化，精确对应着已知的脑区边界，甚至揭示了前所未见的新亚区，为大脑分区提供了精确的分子生物学基础。

丘脑耦合：大脑皮层的分子梯度模式，竟在丘脑的基因表达中得到“映射”，且两者间的连接模式与此一致。在狨猴中，这种丘脑-皮层的分子耦合强度远高于小鼠，这可能是灵长类大脑实现更高级整合功能的关键进化创新。

功能预示：在梯度交汇处，狨猴的“默认模式网络”相关脑区已具备与人类相似的分子特征，尽管其功能连接较弱。这提示，支持人类自省、情景记忆等高级功能的神经网络的“分子地基”在进化早期就已奠定。

科学意义与未来

这项研究不仅解决了一个基础性争议，更重要的是，它确立的“相反分子梯度轴”为理解所有灵长类大脑的构造、分区、连接和进化提供了一个普适的“坐标系”和强大的多模态资源。未来，无论是探索脑疾病的病理基础（如精神分裂症、自闭症的连接异常），还是比较不同物种的智能本质，都可以从这个统一的全新框架出发，获得前所未有的清晰见解。

中国科学院脑智卓越中心刘赐融研究员、孙怡迪研究员、杭州华大生命科学研究院郝世杰副研究员、澳大利亚莫纳什大学Marcello G. P. Rosa教授为该论文共同通讯作者。脑智卓越中心联合培养研究生黄智、杨倩倩、李生龙、朱晓嘉、林霁煊，助理实验师王贺为该论文共同第一作者。该研究得到国家科技部、基金委等的资助。

参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea2673