6537個前額葉神經(jīng)元的全腦軸突投射。中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心供圖

人民網(wǎng)北京4月1日電 （記者趙竹青）北京時間3月31日晚，《自然-神經(jīng)科學(xué)》期刊以封面文章的形式在線發(fā)表了一項中國科學(xué)家關(guān)于小鼠大腦高分辨率神經(jīng)聯(lián)接圖譜的研究。這項研究在國際介觀圖譜領(lǐng)域率先重構(gòu)了小鼠前額葉皮層6357個單神經(jīng)元全腦投射圖譜，建立了國際上最大的小鼠單神經(jīng)元投射圖譜數(shù)據(jù)庫。

該篇題為《小鼠前額葉單神經(jīng)元投射圖譜》的研究論文，由中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）、神經(jīng)科學(xué)國家重點實驗室、上海腦科學(xué)與類腦研究中心嚴(yán)軍研究組、徐寧龍研究組與華中科技大學(xué)蘇州腦空間信息研究院、武漢光電國家研究中心龔輝團(tuán)隊合作完成。該研究不僅為深入研究高級認(rèn)知功能的神經(jīng)機制奠定了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，也為研究全腦介觀神經(jīng)聯(lián)結(jié)圖譜提供了重要的技術(shù)支撐。

“繪制高分辨率大腦聯(lián)接圖譜，有助于闡明大腦工作原理，是世界各國打造全球腦科學(xué)中心的重要基礎(chǔ)。”中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心、神經(jīng)科學(xué)國家重點實驗室研究員嚴(yán)軍告訴記者，神經(jīng)元是大腦信息處理最基本的組成單元，類型豐富多樣，其軸突就像森林中的藤蔓一樣，盤根錯節(jié)、縱橫交錯。神經(jīng)元通過軸突將信號長程投射到不同腦區(qū)，就像高鐵系統(tǒng)，對大腦中的信息交流起著至關(guān)重要的作用。擁有不同投射模式的神經(jīng)元往往參與不同的腦功能。

以往，研究人員利用群體神經(jīng)元示蹤技術(shù)，對小鼠皮層神經(jīng)元的全腦投射進(jìn)行了廣泛研究，發(fā)現(xiàn)皮層投射神經(jīng)元可以分為端腦內(nèi)側(cè)束神經(jīng)元、錐體束神經(jīng)元和皮層丘腦神經(jīng)元。然而，近年研究表明，在這些傳統(tǒng)的神經(jīng)元類型中還存在著更復(fù)雜、功能分工更精細(xì)的神經(jīng)元亞型。系統(tǒng)地繪制大腦單神經(jīng)元水平的投射圖譜，有助于發(fā)現(xiàn)新的神經(jīng)元亞型和腦網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接規(guī)則，從而更系統(tǒng)全面地揭示大腦的工作原理。

此次研究在國際介觀圖譜領(lǐng)域率先重構(gòu)了小鼠前額葉皮層6357個單神經(jīng)元全腦投射圖譜，建立了國際上最大的小鼠單神經(jīng)元投射圖譜數(shù)據(jù)庫。同時還首次發(fā)現(xiàn)小鼠前額葉皮層中存在64類神經(jīng)元投射亞型，揭示了其空間分布規(guī)律，闡明了前額葉內(nèi)部模塊化的聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)和等級結(jié)構(gòu)、神經(jīng)元轉(zhuǎn)錄組亞型與投射亞型的對應(yīng)關(guān)系，從而揭示了前額葉皮層內(nèi)部連接和外部投射的規(guī)律，并提出了前額葉皮層可能的工作模型。

“在我看來，這項研究為神經(jīng)科學(xué)界提供了不可估量的寶貴資源。”《自然-神經(jīng)科學(xué)》雜志審稿人評價稱，這項研究是一項工程和技術(shù)上的奇跡，它重構(gòu)了小鼠前額葉皮層中超過6000個單神經(jīng)元分辨率的軸突數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)不僅揭示了前額葉神經(jīng)元令人驚嘆的多樣性，而且通過對它們的分析，為神經(jīng)環(huán)路潛在的組織原則提供了基礎(chǔ)。

小鼠前額葉195個神經(jīng)元的全腦投射。中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心供圖