华工学子又登《Science》，灵长类大脑进化密码获破解！发现大脑皮层“双向分子梯度轴”，统一两大经典理论
大脑皮层的扩张与精细化分工，是灵长类动物演化出高级认知功能的生物学基础。从感知、运动到情绪、记忆与决策，所有高级功能都依赖皮层的有序构建与精准连接。但这颗神奇的大脑，到底是怎么长成如今的样子的？百余年来，科学界对大脑皮层“从哪里来、如何长成”一直存在两大经典理论：双起源假说认为，皮层由两种古老的皮层区域（梨状皮层、海马体）逐步向外扩展分化而来；分子锚定假说则提出，初级感觉皮层（视觉、听觉、体感）作为早期确定的“分子锚点”，引导周边区域逐步分化形成功能分区。两大理论均有解剖与发育证据支撑，却长期难以兼容，成为脑科学领域悬而未决的核心争议。
2026年4月17日，国际顶尖学术期刊Science在线发表由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、杭州华大生命科学研究院、华南理工大学、澳大利亚莫纳什大学等中外团队联合完成的灵长类脑科学重大突破。题为“An opposing molecular gradient axis underlies primate cortical organization”。研究团队首次在狨猴脑中发现了Pr-Al对立分子梯度轴，成功统一学界争论数十年的两大理论。
其中，论文第一作者黄智是华南理工大学生物科学与工程学院-华大生命科学研究院联合培养的博士研究生，为华南理工大学-华大基因组科学创新班培养的学生；
论文并列共一作者李生龙是华南理工大学生物科学与工程学院-华大生命科学研究院联合培养的硕士研究生，同样是华南理工大学-华大基因组科学创新班培养的学生；
论文共同通讯作者郝世杰博士为华南理工大学生物科学与工程学院的博士后；
另一位论文共同通讯作者刘龙奇研究员，则为华南理工大学生物科学与工程学院2006级生物技术专业校友。
此前，该团队已于2024年在Science发表过多物种的小脑图谱: 10.1126/science.ado3927
Science官网截图
狨猴全脑单细胞多模态图谱的构建
为破解这一科学难题，研究团队选择狨猴作为理想模式动物，依托我国自主研发的时空组学技术Stereo-seq，结合单核RNA测序、多模态磁共振神经成像与神经元逆向示踪技术，构建了全球首个狨猴全脑单细胞空间转录组+神经连接+功能影像的三维整合脑图谱。这一高精度图谱首次实现分子表达、细胞类型、神经环路、解剖分区与功能网络的多维度精准对齐，让研究团队得以在全脑尺度系统解析皮层构建的底层逻辑，相关数据已公开提交至CNGBdb（MCCSTA数据库Spatial clustering - MCCSTA）。
狨猴的3D多模态皮层图谱
大脑皮层中两种相反的分子梯度
基于超高精度脑图谱，团队取得突破性发现：灵长类大脑皮层并非遵循单一中心起源模式，而是由两条相向而行、相互拮抗的对立分子梯度轴共同塑造，这一核心组织原则被命名为Pr‑Al对立分子梯度轴。
其中，Pr梯度以初级感觉皮层（视觉、听觉、体感皮层）为锚点，与分子锚定假说类似，向外辐射延展，主要负责外界感知信息的接收、处理与传递；Al梯度以古皮层与边缘皮层（内嗅皮层、梨状皮层）为起源，与双起源假说对应，向联合皮层区域延伸，主要参与内部状态调控、情绪加工、记忆编码与高级认知整合。两条梯度在空间上彼此对立、在功能上互补协同，共同定义了皮层的分子身份、细胞排布与区域边界。
Pr和Al梯度分布的细胞
Pr-Al轴的发现，首次从分子层面回答了灵长类高级联合皮层从何而来的关键问题。研究证实，联合皮层并非简单的延伸区域，而是Pr梯度与Al梯度持续延伸、相向交汇、叠加融合的产物。梯度交汇区形成独特的分子交界带，成为前额叶、默认模式网络等高级中枢的发育源头，直接支撑抽象思维、社会认知、决策与自我意识等高阶功能。这一机制揭示了灵长类皮层扩张的核心演化策略：通过双梯度延伸与交汇，不断生成新的功能区域，实现认知能力的逐级跃升。
更重要的是，研究证实Pr-Al轴并非局限于大脑皮层，而是贯穿丘脑、纹状体等全脑核团的统一组织法则。丘脑（Thalamus）作为皮层的关键“中继站”，其基因表达与神经投射严格遵循Pr-Al拓扑结构：Pr端锚定感觉-运动相关丘脑核团，Al端锚定边缘系统与记忆相关核团，形成高度协同的“皮层-丘脑”演化单元。
狨猴的Pr-Al index
人类与狨猴听觉皮层的趋同演化
此外，在Pr‑Al统一框架下，团队还获得一项意外而重要的发现：狨猴听觉皮层的分子特征与人类高度相似，相似度显著高于猕猴。二者共享大量听觉‑发声调控相关基因与细胞类型排布模式，提示独立演化的趋同机制。这一发现确立狨猴为研究人类语言起源、言语发育障碍、自闭症及社交沟通相关疾病的理想动物模型，突破了长期以来灵长类模型选择的局限。
人类和狨猴在听觉皮层有相似的基因表达
本研究依托我国自主时空组学技术完成，实现了从技术平台到科学理论的全面突破。它不仅终结了双起源假说与分子锚定假说的百年争议，更建立起一套从分子→细胞→核团→网络→演化的全层级、跨尺度脑构建理论。这一框架为解析自闭症、精神分裂症、阿尔茨海默病等以皮层发育与连接异常为特征的脑疾病提供全新诊断标尺与干预靶点，也为更接近生物大脑的类脑计算架构与人工智能系统提供了天然的设计蓝图。
从破译皮层构建密码到解锁高级认知起源，这项成果再次证明，时空组学技术正在为理解生命最复杂器官打开全新大门，也让中国在脑演化与脑认知科学领域持续走在国际前沿。