哪些基因活动塑造了不同物种大脑皮层的独特构造

大脑皮层的大小与结构在不同物种间差异显著，这很可能是造成行为能力差异的根本原因。这些结构差异可能源于进化过程中，相同基因在发育阶段的表达调控方式发生了改变。本研究利用人工智能图像识别技术，系统比较了小鼠、人类胎儿及人源脑类器官中不同细胞类型在发育过程中的基因表达模式。结果发现：尽管人类和小鼠共享大量基因，但许多基因在何时、在哪种细胞中开启或关闭，存在明显的物种特异性——即‘细胞-时间’（cyto-temporal）表达模式不同。其中，转录因子基因JUNB尤为突出：它在人类神经前体细胞中高表达，却在小鼠神经元中高表达，两者几乎互斥。研究人员进一步通过基因操作实验验证：在小鼠胚胎或人源脑类器官中人为增强或抑制JUNB功能，能双向调控多项关键皮层发育指标，包括前体细胞的增殖速度、神经元产生的精确时间点，以及最终生成的神经元总数。更深入的研究发现，另一个因子IRF1是人类特有的径向胶质细胞调控蛋白；当把人类IRF1基因导入小鼠径向胶质细胞后，竟能成功‘唤醒’小鼠细胞中沉睡的JUNB基因，并启动一整套类似人类的基因调控网络。这说明，某些人类特有的发育程序在小鼠细胞中并非完全缺失，而是处于‘待命’状态，只需一个关键开关（如IRF1）就能激活。综上，本研究揭示了物种间大脑皮层差异的本质——并非由全新基因驱动，而是由相同基因在细胞类型和发育时间上的精细化调控所决定；并首次鉴定出IRF1-JUNB这一核心调控轴，为理解人类大脑进化提供了清晰的分子路径，也为未来通过干预该通路模拟或修正皮层发育异常奠定了基础。