“脑计划”（BRAIN Initiative）是全球数百名研究人员之间合作进行，它们组成了大脑神经元细胞普查网络联盟，简称BICCN。
2021年10月7日，Nature一次性上线了16篇“脑计划”（BRAIN Initiative）研究论文，报告了这项雄心勃勃的计划的阶段性研究成果——在分子水平上全面绘制哺乳动物初级运动皮层细胞类型的特征。
这些研究成果有望帮助科学家们确定更合适的人脑疾病动物模型——例如帕金森病、运动神经元疾病和阿尔兹海默症——具有共同的细胞特征。也有助于解释神经元和大脑回路如何参与人类的情绪、行为和学习，为更全面地了解人类认知能力奠定了基础。
以下为16篇Nature文章简介
1.A multimodal cell census and atlas of the mammalian primary motor cortex | Nature
在这里，研究人员报告了哺乳动物初级运动皮层的多模式细胞图谱的生成，作为 BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN) 的初步成果。这是通过对单细胞转录组、染色质可及性、DNA 甲基化组、空间分辨单细胞转录组、形态学和电生理学特性以及细胞分辨率输入-输出映射的大规模分析来实现的，这些分析通过跨模式计算分析进行整合。
2.A transcriptomic and epigenomic cell atlas of the mouse primary motor cortex
在该项工作中，作者们从老鼠初级运动皮层的50万多个细胞中产生了转录组和表观基因组，同时开发了计算和统计方法来整合多模态数据并定量验证细胞类型的再现性。
3.Comparative cellular analysis of motor cortex in human, marmoset and mouse
该工作使用了高通量转录组学和表观基因组分析方法，对人类、狨猴和小鼠的45万多个细胞进行了分析，证明了该区域广泛保守的细胞组成，具有反映进化距离的相似性，并且转录组和表观基因组之间是一致的。
4.Human neocortical expansion involves glutamatergic neuron diversification
开发了一个结合膜片钳记录、生物细胞素染色和单细胞RNA测序（patch-seq）的强大平台来检查神经外科切除的人类组织。证明了转录组细胞类型分类的解释力，为人类皮质功能的复杂性增加提供了结构基础，并暗示离散转录组神经元类型在疾病中具有选择性脆弱性。
5.DNA methylation atlas of the mouse brain at single-cell resolution
该工作通过结合来自单个细胞核的多组数据集（DNA甲基化、染色质接触和开放染色质），并注释小鼠大脑中数百种细胞类型的调控基因组，描绘了整个小鼠大脑神经元多样性和空间组织的表观遗传学基础。
6.An atlas of gene regulatory elements in adult mouse cerebrum
该工作探测了成年小鼠等皮质、嗅球、海马和脑核的45个区域中超过800000个单个细胞核中的可接近染色质，并利用所得数据绘制了160种不同细胞类型中491818个候选顺式调节DNA元素的状态图。为哺乳动物脑的基因调控程序的全面分析提供了基础，并有助于解释与人类各种神经疾病和特征相关的非编码风险变体。
7.Spatially resolved cell atlas of the mouse primary motor cortex by MERFISH
该工作使用了一种单细胞转录组成像方法，即多重错误鲁棒荧光原位杂交（MERFISH），来生成小鼠初级运动皮层的分子定义和空间分辨细胞图谱，分析了小鼠初级运动皮层及其邻近区域的大约300000个细胞，确定了95个神经元和非神经元细胞簇，并揭示了一个复杂的空间图，其中不仅兴奋性神经元簇，而且大多数抑制性神经元簇都采用层状组织。
8.Cellular anatomy of the mouse primary motor cortex
该工作利用基因和病毒标记、通过测序解析的条形码解剖、单神经元重建、全脑成像和基于云的神经信息学工具，在3D中描绘了MOp-ul，并细化了其亚层组织。这项工作为哺乳动物大脑结构的全面细胞分辨率描述提供了路线图。
9.The mouse cortico–basal ganglia–thalamic network
该工作鉴定了六个并行的皮质-基底核-丘脑网络。
10.Epigenomic diversity of cortical projection neurons in the mouse brain
将逆行标记与单核DNA甲基化测序相结合，将神经表观基因组特性与投射联系起来。我们检测了来自63个皮质-皮质和皮质-皮质下长距离投射的11827个单个新皮质神经元，强调了单细胞表观基因组方法将神经元的分子特性与其解剖和投射特性联系起来的能力。
11.Morphological diversity of single neurons in molecularly defined cell types
该工作从小鼠的皮质、幽闭、丘脑、纹状体和其他脑区完全重建了1741个神经元。鉴定了11种主要的投射神经元类型，它们具有明显的形态学特征和相应的转录组学特征，该研究证明了在细胞类型分类中对完整的单细胞解剖进行定量描述的必要性。
12.Genetic dissection of the glutamatergic neuron system in cerebral cortex
该工作根据锥体神经元的发育和分子程序，建立了解剖和定位锥体神经元亚群的遗传策略和工具。这些策略建立了一个实验框架，用于理解组装皮层处理网络和输出通道的锥体神经元亚群的层次结构和发展轨迹。
13.Isoform cell-type specificity in the mouse primary motor cortex
该工作对6160个小鼠初级运动皮质细胞（用SMART seq分析）、280327个小鼠初级运动皮质细胞（用MERFISH2分析）和94162个小鼠初级运动皮质细胞（用10倍基因组序列分析）进行综合分析，揭示了不同细胞类型中的转录本（isoform），以及其转变，揭示了同源异构体在鉴定细胞类型中的功能。
14.An atlas of cortical arealization identifies dynamic molecular signatures
该工作使用单细胞RNA测序来分析神经发生高峰和早期胶质发生期间的十个主要大脑结构和六个新皮质区域。揭示了不同皮层区域不同细胞纵向发育的分子图谱。
15.Single-cell epigenomics reveals mechanisms of human cortical development
该工作在人类前脑的原代组织样本中使用了单细胞转座酶可及性测序分析（scATAC-seq），应用无偏分析来确定在神经发生过程中发生广泛的细胞类型和大脑区域特异性可及性变化的基因组位点，并应用综合分析来预测细胞类型特异性候选调控元件，揭示了染色质状态对细胞类型多样性和细胞命运规范的新兴模式的重要贡献，并为评估大脑类器官作为皮质发育模型的保真度和稳健性提供了蓝图。
16.A transcriptomic atlas of mouse cerebellar cortex comprehensively defines cell types
该工作利用高通量测序提供了一个全面的小脑皮质细胞图谱，并概述了一个整合分子、形态学和生理学本体以定义脑细胞类型的方法论和概念框架。
以上论文研究整理了大脑神经细胞的遗传特征及其形态、位置和电活动模式。研究者识别的人脑中的细胞类型清单可以帮助研究人员定义受脑部疾病影响的细胞类型，识别动物模型中的相应细胞，并更好地针对这些细胞进行治疗。这一领域的研究将为神经科学家提供工具，使他们能够通过基因组疗法精确地瞄准细胞类型和神经网络，治疗影响思维、记忆、情绪和运动的疾病。
上述文章主要采用了scRNA-seq（单细胞转录组）技术、高通量转录组学和表观基因组分析方法，还开发了一个结合膜片钳记录、生物细胞素染色和单细胞RNA测序（patch-seq）的强大平台，可以对神经元的电特性进行记录，随后可以对这些细胞进行scRNA-seq分析，并与其三维形态学结构重建相结合。BICCN联盟中一个关键策略是通过高分辨率的scRNA-seq技术应用于大脑皮层之中进行神经元多样性的分析。
国际大脑计划（BRAIN Initiative）的启动及阶段性成果的发表，成功构建了人、小鼠、狨猴等重要物种脑部的多部位、多空间的细胞类型、基因表达、表观遗传及脑细胞之间复杂的互作网络图谱，为解开复杂大脑之谜、疾病治疗奠定了重要的生物学基础。本计划的成功得益于广泛的政、商、学跨界联盟，以及单细胞测序、表观遗传学、空间成像等新技术的深度使用。
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