破解人類大腦起源之謎 中研院首繪文昌魚3D腦圖譜

【記者曾博群台北報導】人類大腦如何演化出思考、記憶與決策等高階認知能力，一直是演化生物學的重要課題。中央研究院細胞與個體生物學研究所研究員游智凱率領團隊，首度建構文昌魚大腦的「3D空間細胞類型圖譜」，發現人類大腦皮質相關構造並非脊索動物共同祖先原有，而是在脊椎動物演化過程中逐步形成，為揭開人類大腦起源提供重要證據。

文昌魚揭示脊椎動物大腦演化歷程

研究團隊指出，若要追溯脊椎動物大腦的起源，僅研究魚類、老鼠或人類等脊椎動物並不足夠，還需觀察保留較多共同祖先特徵的近緣物種。文昌魚與脊椎動物同屬脊索動物，其神經系統保留遠古祖先特徵，因此被視為研究演化的重要模式生物。

團隊利用單細胞分析技術，解析文昌魚大腦不同細胞的基因表現，再將各類細胞精確定位於三維空間，建立完整的3D空間細胞類型圖譜。

研究結果顯示，文昌魚大腦雖然結構相對簡單，但仍保有與脊椎動物相似的「前腦－中腦－後腦」三段式架構，並發現類似「丘腦間限制帶（ZLI）」及「中腦－後腦交界（MHB）」等發育地標。這兩項結構過去一直被認為是脊椎動物特有，研究證實其起源比學界原先認知更早，代表早期脊索動物便已具備劃分腦區、引導神經發育的重要機制。

高階認知腦區為脊椎動物演化創新

不過，研究也發現，文昌魚腦部缺乏與「端腦（telencephalon）」相關的標記基因表現。游智凱表示，端腦正是人類大腦皮質的重要來源，負責思考、記憶、決策等高階認知功能。

這項發現顯示，與高階認知相關的端腦並非脊索動物共同祖先原有的構造，而是在脊椎動物演化過程中逐步發展出的新構造，也意味著人類複雜的大腦，是建立在遠古祖先留下的基本神經架構之上，再經歷數億年演化逐漸形成。

研究團隊表示，這也是首次能更清楚回答人類大腦哪些構造源自共同祖先、哪些則是在脊椎動物演化過程中新出現。

建立3D細胞圖譜　提供研究新工具

研究另一項重要突破，在於建立高解析度的3D空間細胞類型圖譜。這張圖譜如同一張大腦立體導航地圖，完整呈現文昌魚腦中數萬個神經細胞在三維空間中的位置、類型與分子特徵。

論文第一作者、中研院細生所博士後研究學者林哲毅表示，過去研究大多只能透過少數基因或局部解剖推測大腦演化，就像「盲人摸象」。如今藉由三維圖譜，研究人員首次能從整體視角觀察大腦演化歷程，清楚辨識過去被認為不存在的重要發育地標。

團隊指出，這項研究克服多項技術挑戰，除有助於理解脊椎動物大腦演化，也為未來神經發育、生物演化及比較腦科學研究建立重要技術平台。研究成果已於2026年7月刊登於國際期刊《Science Advances》。

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Q1：這項研究最大的發現是什麼？
A：研究團隊首度建構文昌魚大腦「3D空間細胞類型圖譜」，發現人類負責思考、記憶、決策等高階認知功能的大腦皮質相關構造，並非脊索動物共同祖先原有，而是在脊椎動物演化過程中逐步形成。

Q2：為什麼選擇文昌魚作為研究對象？
A：文昌魚與脊椎動物同屬脊索動物，保留許多遠古共同祖先的神經系統特徵，被視為研究脊椎動物與人類大腦演化的重要模式生物，有助於追溯大腦演化起源。

Q3：研究推翻了哪些既有觀點？
A：過去學界普遍認為，「丘腦間限制帶（ZLI）」與「中腦－後腦交界（MHB）」等發育地標是脊椎動物特有構造；新研究則發現，文昌魚也具有類似區域，顯示這些發育地標早在共同祖先時期就已出現，修正了既有演化觀點。

Q4：研究如何說明人類高階認知能力的演化？
A：研究發現，文昌魚缺乏與端腦（telencephalon）相關的標記基因，而端腦正是人類大腦皮質的重要來源。這代表掌管思考、記憶與決策等高階認知功能的腦區，是脊椎動物演化過程中新發展出的構造，而非共同祖先原本就具備。