第一篇Nature來自於BRAIN Initiative Cell Census Netword（BICCN），題目為A multimodal cell census and atlas of the mammalian primary motor cortex。該文章提綱挈領地介紹了BICCN的工作，即繪製了哺乳動物初始運動皮層多層次、多模式的細胞圖譜。該工作包括了：1）利用轉錄組、染色質可及性組、甲基化組多組學描繪了運動皮層細胞中的分子遺傳景觀；2）跨物種分析揭示從小鼠到狨猴到人的細胞型別保守性；3）原位單細胞組學揭示運動皮層空間圖譜；4）交叉模式分析揭示神經元的生理與解剖特性和基因組基礎。總之，BICCN這一工作構建了神經元的型別框架，結合了分子資訊、空間資訊以及表型資訊等多維度資訊。2
第二篇的通訊作者為Eran A. Mukamel和Hongkui Zeng，題目為A transcriptomic and epigenomic cell atlas of the mouse primary motor cortex。在該項工作中，作者們構建了小鼠初級運動皮層中超過50萬個細胞的單細胞轉錄組和甲基化組，刻畫出了超過56種神經元型別。3
第三篇來自於Ed S. Lein和Trygve E. Bakken，題目為Comparative cellular analysis of motor cortex in human, marmoset and mouse。該工作對小鼠、狨猴以及人類初級運動皮層中共計超過45萬個細胞進行了轉錄組和表觀組測序，揭示了不同物種中初級運動皮層中神經元型別之間的保守性，以及各物種之間的獨特性。4
第五篇來自於Joseph R. Ecker，題目為DNA methylation atlas of the mouse brain at single-cell resolution。該工作對小鼠皮層、海馬、紋狀體、蒼白球、嗅覺區上45個區域共計103,982個細胞進行了DNA甲基化測序，構建了不同腦區神經元甲基化圖譜與網路，同時將甲基化組與染色質可及性組資料結合，描繪了小鼠大腦神經元多樣性與空間組織的表觀基礎。6
第六篇來自於任兵，題目為An atlas of gene regulatory elements in adult mouse cerebrum。該工作研究了成年小鼠同形皮層、嗅球、海馬以及腦核區45個區域共計超過80萬個細胞的染色質可及性，構建出了超過160個不同細胞型別的順式作用元件調控圖譜。7
第七篇來自於莊小威，題目為Spatially resolved cell atlas of the mouse primary motor cortex by MERFISH。該工作利用MERFISH（single-cell transcriptome-imaging method, multiplexed error-robust fluorescence in situ hybridization），剖析了小鼠初級運動皮層以及鄰近區域共計約30萬個細胞，確定了95個神經元/非神經元細胞群，描繪了初級運動皮層複雜的空間網路。8
第八篇來自於Hong-Wei Dong，Julie Harris，Pavel Osten， Z. Josh Huang和Giorgio Ascoli，題目為Cellular anatomy of the mouse primary motor cortex。該工作利用基因標記、測序、全腦成像等技術，構建了小鼠primary motor cortex, upper limb area (MOp-ul)的3D結構圖譜，在該區域定義了24個投射神經元型別，並繪製了輸入-輸出神經元網路。9
第十篇來自於Edward Callaway和Joseph Ecker，題目為Epigenomic diversity of cortical projection neurons in the mouse brain。該工作利用逆行標記和單個核DNA甲基化測序，檢測了63個皮質-皮層、皮質-亞皮層遠距離投射的11827個新皮層神經元，將分子特徵與神經元的解剖和投射特性聯絡了起來。11
第十一篇來自於Hongkui Zeng和Hanchuan Peng，題目為Morphological diversity of single neurons in molecularly defined cell types。該工作重構了皮層、屏狀核、丘腦和紋狀體上1741個神經元，鑑定了不同形狀特徵和基因表達特徵的11種投射神經元型別，揭示了其細胞多樣性。12
第十二篇來自於Z. Josh Huang，題目為Genetic dissection of the glutamatergic neuron system in cerebral cortex。該工作透過構建多種可瞬時誘導的Cre Flp敲入小鼠，詳細解析了錐體神經元不同亞群的命運圖譜，揭示了錐體神經元的層級分化軌跡。13
第十三篇來自於Lior Pachter，題目為Isoform cell-type specificity in the mouse primary motor cortex。該研究對小鼠初級運動皮層中6,160個細胞進行了SMART-Seq，280,327個細胞進行了MERFISH，94,162個細胞進行了10x Genomic單細胞測序，揭示了不同細胞型別中的同源異構體（isoform），以及其轉變，揭示了同源異構體在鑑定細胞型別中的功能。14
第十四篇來自於Arnold R. Kriegstein，題目為An atlas of cortical arealization identifies dynamic molecular signatures。該研究利用單細胞測序研究了神經發育和早期膠質生成階段10個主要的腦區和6個新皮層區域，揭示了不同皮層區域不同細胞縱向發育的分子圖譜。15
第十五篇來自於Tomasz J. Nowakowski，題目為Single-cell epigenomics reveals mechanisms of human cortical development。該工作利用單細胞ATAC-seq，分析了人皮層發育過程中不同細胞型別的基因位點和調控元件圖譜，揭示了大腦皮層神經元祖細胞的多樣性。16
Johan Winnubst：“工欲善其事必先利其器”——皮層神經元組成圖譜建立的工具
大腦是由複雜的細胞網路所組成，這些具有不同特性的細胞之間互相連線，促進了大腦以及機體精密活動的完成。如何將特性相似的神經元進行分類以及神經元多樣性的全景究竟是怎樣的仍是目前神經生物學的重要課題。但是，想要解決這一問題並非易事。為此，科學家們組建了大腦神經元細胞普查網路聯盟BICCN，並且建立了大腦皮層初級運動神經元圖譜。該圖譜中囊括了小鼠、非人靈長類動物以及人類大腦中神經元的分子、功能以及與其物理狀態相關的資料（圖1）。
圖1 大腦皮層運動神經元圖譜單細胞RNA測序技術scRNA-seq是一種用於測量單個細胞中基因表達的技術，可以透過一次生成數千個細胞的基因表達譜來表徵神經元的多樣性。BICCN聯盟中一個關鍵策略是透過高解析度的scRNA-seq技術應用於大腦皮層之中進行神經元多樣性的分析。比如在此次BICCN聯合發表的文章中採用的MERFISH技術可以用來標記小鼠腦組織中的基因，從而確定這些不同的細胞型別在初級運動皮層中的空間位置。另外，BICCN聯盟中還建立了Patch-seq，可以對神經元的電特性進行記錄，隨後可以對這些細胞進行scRNA-seq分析，並與其三維形態學結構重建相結合。除此之外，BICCN還對運動神經元中的表觀遺傳修飾進行分析，同時將這些細胞的類群根據表觀遺傳特徵進行投射，從而可以對不同細胞群進行分析。 另外，哺乳動物大腦在發育和進化過程中神經元多樣性的起源是什麼呢？為了解決這一問題，BICCN所發表的文章透過研究了跨物種的神經元型別表觀遺傳修飾，表觀遺傳修飾是由基因表達的模式所定義的。研究者透過將基因表達資料與單個細胞DNA上甲基化的丰度以及染色質的DNA蛋白質複合物中的DNA可及性進行組合，對不同神經元中基因轉錄的正調控和負調控的程式進行解析。另外，BICCN聯盟中的研究確認了不同細胞型別基因組的潛在調控區域。這些細胞型別特異性的轉錄因子富集位點和結合位點具有跨物種的高度保守性，可用於生成進一步研究不同神經元多樣性的遺傳工具，因此BICCN中的工作可以標記廣泛的轉錄亞型別特徵。 除此之外，BICCN聯盟中的工作強調，想要對大腦的細胞多樣性進行更深層的理解，需要引入新的概念並建立新的數學框架模型。比如，如何建立新的數學模型描述不同細胞亞型之間細微差異以及空間位置相關的連續梯度。 儘管BICCN聯盟中的許多技術已有應用，但是這些技術首次被應用在這樣一個高度協作、高通量的資料庫與圖譜的建立之中，提供了前所未有的運動神經元多樣性景觀。此外，該聯盟將資料庫向大眾開放（https://biccn.org），並構建了可以直接應用的軟體，從而確保這些資料能夠對神經元多樣性的性質和起源的研究大有裨益，真正做到資料庫落到科研的實際使用之中。
Silvia Arber：運動神經元多樣性的“人口普查”——未來研究的福音
大腦中細胞型別的高度多樣性和複雜性給神經科學界帶來了巨大的挑戰。透過構建這樣一個龐大的資料庫圖譜，BICCN聯盟對於皮層神經元細胞型別的定義以及細胞如何建立在神經網路上的連線提供新的、更為全面的參考。之所以選擇運動神經元皮層，原因有三：其一，該區域的神經元投射延伸到運動系統的許多其他的部分，但是該區域與其他區域之間是如何進行相互作用的還不得而知，是仍然大有可為的“黑匣子”領域；其二，運動皮層控制機體的運動，因此瞭解不同的神經元細胞型別與功能進行直接聯絡；其三，從進化的角度上來說，該區域的大小、細胞型別的多樣性以及功能在不同物種之中存在較大的差異，因此可以對運動皮層的神經元多樣性的進化過程進行探究。 由此，神經科學家將可以訪問包含不同物種運動皮質中不同型別細胞的許多方面資訊的資料庫，其中包括細胞基因表達、表觀遺傳修飾、細胞形態以及電生理特徵等。
同時，BICCN聯盟還構建了多種小鼠品系，可以透過遺傳操作標記特定的神經元群體或者是控制部特定運動神經元的活動。這些工具的研發將有助於揭開這些運動神經元與其對應的功能之間的聯絡。 關於皮層神經元的相互作用方式的主流認知主要存在兩類，一類是皮層神經元只與皮層神經元進行交流，另一類認為皮層神經元也與其他神經元之間存在交流。BICCN聯盟中的工作可以對皮層神經元在大腦神經環路中之間的相互作用進行研究，從而可以確定這些神經元是如何促進運動的學習、控制以及執行以及這些動作如何在神經系統層面進行展開的。 BICCN聯盟的工作所進行的運動神經元的“人口普查”，給了這些神經元一個明確的身份，並涵蓋了皮層神經元的發展歷史，包括這些神經元的成熟的發展軌跡、可塑性以及動態變化。在機體發育過程中所執行的遺傳程式對於確定神經元細胞型別的基本屬性至關重要，比如包括神經遞質釋放或者放電特性等基本功能屬性。BICCN聯盟中的工作可以提高研究人員在小鼠中靶向標記不同細胞型別的能力。
除此之外，BICCN中的研究也包含對不同物種中細胞型別的比較。這些方法有助於瞭解關鍵神經元細胞型別是從什麼細胞進化而來的、哪些細胞型別是進化上出現的對大腦皮層精細活動能力的“錦上添花”附加細胞以及促進進化上新功能出現的分子機制。 BICCN中的工作是指向未來的真正寶藏。該資料庫對於運動神經環路是如何進行的提供了研究資料庫和操作平臺，同時這些工作對於制定特定細胞型別的大腦疾病治療方案至關重要，最終將幫助臨床醫療手段的研究和藥物的開發，真正達到“指哪兒打哪兒”、“藥到病除”的個性化醫療目的。回想150年前，神經生物學研究發現大腦皮層中的某一區域進行電刺激便可以誘發運動行為，從那時起，神經科學就翻開了嶄新的一頁。
以下為16篇Nature簡況（詳細解讀見後期相關內容）1
第一篇Nature來自於BRAIN Initiative Cell Census Netword（BICCN），題目為A multimodal cell census and atlas of the mammalian primary motor cortex。該文章提綱挈領地介紹了BICCN的工作，即繪製了哺乳動物初始運動皮層多層次、多模式的細胞圖譜。該工作包括了：1）利用轉錄組、染色質可及性組、甲基化組多組學描繪了運動皮層細胞中的分子遺傳景觀；2）跨物種分析揭示從小鼠到狨猴到人的細胞型別保守性；3）原位單細胞組學揭示運動皮層空間圖譜；4）交叉模式分析揭示神經元的生理與解剖特性和基因組基礎。總之，BICCN這一工作構建了神經元的型別框架，結合了分子資訊、空間資訊以及表型資訊等多維度資訊。2
第二篇的通訊作者為Eran A. Mukamel和Hongkui Zeng，題目為A transcriptomic and epigenomic cell atlas of the mouse primary motor cortex。在該項工作中，作者們構建了小鼠初級運動皮層中超過50萬個細胞的單細胞轉錄組和甲基化組，刻畫出了超過56種神經元型別。3
第三篇來自於Ed S. Lein和Trygve E. Bakken，題目為Comparative cellular analysis of motor cortex in human, marmoset and mouse。該工作對小鼠、狨猴以及人類初級運動皮層中共計超過45萬個細胞進行了轉錄組和表觀組測序，揭示了不同物種中初級運動皮層中神經元型別之間的保守性，以及各物種之間的獨特性。4
第四篇來自於Ed Lein，題目為Human neocortical expansion involves glutamatergic neuron diversification。該研究利用膜片鉗技術、biocytin染色和單細胞測序構成的平臺Patch-Seq檢測了人的新皮層，展示了五種穀氨酸能神經元在形態、生理、基因表達上的吻合性，揭示了皮層中神經元種類的豐富性。5
第五篇來自於Joseph R. Ecker，題目為DNA methylation atlas of the mouse brain at single-cell resolution。該工作對小鼠皮層、海馬、紋狀體、蒼白球、嗅覺區上45個區域共計103,982個細胞進行了DNA甲基化測序，構建了不同腦區神經元甲基化圖譜與網路，同時將甲基化組與染色質可及性組資料結合，描繪了小鼠大腦神經元多樣性與空間組織的表觀基礎。6
第六篇來自於任兵，題目為An atlas of gene regulatory elements in adult mouse cerebrum。該工作研究了成年小鼠同形皮層、嗅球、海馬以及腦核區45個區域共計超過80萬個細胞的染色質可及性，構建出了超過160個不同細胞型別的順式作用元件調控圖譜。7
第七篇來自於莊小威，題目為Spatially resolved cell atlas of the mouse primary motor cortex by MERFISH。該工作利用MERFISH（single-cell transcriptome-imaging method, multiplexed error-robust fluorescence in situ hybridization），剖析了小鼠初級運動皮層以及鄰近區域共計約30萬個細胞，確定了95個神經元/非神經元細胞群，描繪了初級運動皮層複雜的空間網路。8
第八篇來自於Hong-Wei Dong，Julie Harris，Pavel Osten， Z. Josh Huang和Giorgio Ascoli，題目為Cellular anatomy of the mouse primary motor cortex。該工作利用基因標記、測序、全腦成像等技術，構建了小鼠primary motor cortex, upper limb area (MOp-ul)的3D結構圖譜，在該區域定義了24個投射神經元型別，並繪製了輸入-輸出神經元網路。9
第九篇來自於Hong-Wei Dong，題目為The mouse cortico–basal ganglia–thalamic network。該工作鑑定了六個並行的皮質-基底核-丘腦網路。10
第十篇來自於Edward Callaway和Joseph Ecker，題目為Epigenomic diversity of cortical projection neurons in the mouse brain。該工作利用逆行標記和單個核DNA甲基化測序，檢測了63個皮質-皮層、皮質-亞皮層遠距離投射的11827個新皮層神經元，將分子特徵與神經元的解剖和投射特性聯絡了起來。11
第十一篇來自於Hongkui Zeng和Hanchuan Peng，題目為Morphological diversity of single neurons in molecularly defined cell types。該工作重構了皮層、屏狀核、丘腦和紋狀體上1741個神經元，鑑定了不同形狀特徵和基因表達特徵的11種投射神經元型別，揭示了其細胞多樣性。12
第十二篇來自於Z. Josh Huang，題目為Genetic dissection of the glutamatergic neuron system in cerebral cortex。該工作透過構建多種可瞬時誘導的Cre Flp敲入小鼠，詳細解析了錐體神經元不同亞群的命運圖譜，揭示了錐體神經元的層級分化軌跡。13
第十三篇來自於Lior Pachter，題目為Isoform cell-type specificity in the mouse primary motor cortex。該研究對小鼠初級運動皮層中6,160個細胞進行了SMART-Seq，280,327個細胞進行了MERFISH，94,162個細胞進行了10x Genomic單細胞測序，揭示了不同細胞型別中的同源異構體（isoform），以及其轉變，揭示了同源異構體在鑑定細胞型別中的功能。14
第十四篇來自於Arnold R. Kriegstein，題目為An atlas of cortical arealization identifies dynamic molecular signatures。該研究利用單細胞測序研究了神經發育和早期膠質生成階段10個主要的腦區和6個新皮層區域，揭示了不同皮層區域不同細胞縱向發育的分子圖譜。15
第十五篇來自於Tomasz J. Nowakowski，題目為Single-cell epigenomics reveals mechanisms of human cortical development。該工作利用單細胞ATAC-seq，分析了人皮層發育過程中不同細胞型別的基因位點和調控元件圖譜，揭示了大腦皮層神經元祖細胞的多樣性。16
第十六篇來自於Evan Macosko，題目為A transcriptomic atlas of mouse cerebellar cortex comprehensively defines cell types。該研究利用高通量測序研究了小鼠小腦不同葉區不同細胞型別的分子圖譜，揭示了不同細胞型別獨特的分子特徵，並將此特徵與生理特徵進行了聯絡。