在神经科学领域，研究人员通常假定从一小部分大脑样品中获取的信息适用于整个大脑。
现在，来自斯克里普斯研究所（TSRI）、加州大学圣地亚哥分校（UC San Diego）以及美国Illumina公司的科学家团队完成了首次大规模评估，对数以千计单个神经元细胞核从基因信息产生蛋白质的方式（转录）进行了研究，揭示出该过程中惊人的多样性。这一发现不仅有利于我们加深对大脑正常功能的理解，亦有利于揭示某些疾病如阿尔兹海默症、帕金森病、肌萎缩侧索硬化及抑郁症等如何损伤大脑正常功能的机制。
通过分离和分析3200个人类单个神经元，研究人员完成了这一壮举。这些神经元取自人类大脑6个布罗德曼区（Brodmann Areas，拥有功能性作用的更大区域），数量为之前已发表（研究）的10倍以上。
“通过这一伟大的科学合作，我们发现了细胞间数量巨大的转录组学多样性，这有利于我们理解正常大脑和大脑疾病，比如阿尔兹海默症、帕金森病、肌萎缩侧索硬化及抑郁症。”斯克里普斯研究所教授、神经科学家Jerold Chun说。他与生物工程师Kun Zhang、加州大学圣地亚哥分校的Wei Wang以及Illumina公司的Jian-Bing Fan共同领导了这项研究。
Jerold Chun教授
虽然在显微镜下，部分大脑皮层具有与其它部分不同的细胞形状和密度，它们组成皮质层和被称为“布罗德曼区”的具有功能性作用的更大区域，但是大部分研究人员在他们的研究中将神经元视作一个相当统一的群体。“研究人员通常假设，从一小部分大脑样品中获取的信息适用于整个大脑。”Chun博士说。
但事实上大脑和其它器官不一样，Chun博士解释道。人们越来越认识到每种个体脑细胞都是独特的，有可能大脑皮层区域之间的微观差异也反映出独特的转录组学差异——例如：基因表达的不同，或信使RNA（mRNA）的不同，信使RNA将DNA编码副本带出细胞核外，并决定细胞制造出何种蛋白。
在新开发工具的帮助下，研究人员对个体细胞核（细胞中储存遗传信息的地方）进行了分离和测序，破译了每种细胞核中微量mRNA的信息，发现这16种亚型的不同组合倾向于集中在皮层和布罗德曼区，这有助于解释为什么这些区域拥有不同的形态和功能。
神经元表现出预期的相似之处，但也在它们的转录组谱（transcriptomic profiles）中表现出许多差异。这揭示了单个神经元具有共性以及个性的特征，因此可能导致细胞功能的差异。
这项研究的共同第一作者Gwendolyn E. Kaeser是加州大学圣地亚哥分校生物医学科学研究生项目的一名学生，在斯克里普斯研究所Chun博士的实验室学习。他说：“实际上，我们现在能够指出大脑单个神经元中数量巨大的分子异质性了。”
有趣的是，基因表达的某些差异根植于出生前发生的非常早期的大脑发育阶段。研究人员发现，某些神经元上的标记物表明，它们来自胎儿大脑中一个被称为神经节隆起的特定区域，这一区域可以为大脑皮层产生抑制性神经元。这些神经元可能与大脑发育障碍有特定关联。
在未来的研究里，研究人员希望探索在单个神经元、神经元群组以及人类大脑之间的单个-神经元DNA和mRNA是如何不同的，以及这种不同是如何可能受压力、药物和疾病等因素影响的。
