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我国科学家精确绘制小鼠全脑“导航地图”

发布日期:2022-04-15 12:07    点击次数:150

6537个前额叶神经元的全脑轴突投射。中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心供图

人民网北京4月1日电 (记者赵竹青)北京时间3月31日晚,《自然-神经科学》期刊以封面文章的形式在线发表了一项中国科学家关于小鼠大脑高分辨率神经联接图谱的研究。这项研究在国际介观图谱领域率先重构了小鼠前额叶皮层6357个单神经元全脑投射图谱,建立了国际上最大的小鼠单神经元投射图谱数据库。

该篇题为《小鼠前额叶单神经元投射图谱》的研究论文,由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)、神经科学国家重点实验室、上海脑科学与类脑研究中心严军研究组、徐宁龙研究组与华中科技大学苏州脑空间信息研究院、武汉光电国家研究中心龚辉团队合作完成。该研究不仅为深入研究高级认知功能的神经机制奠定了结构基础,也为研究全脑介观神经联结图谱提供了重要的技术支撑。

“绘制高分辨率大脑联接图谱,有助于阐明大脑工作原理,是世界各国打造全球脑科学中心的重要基础。”中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、神经科学国家重点实验室研究员严军告诉记者,神经元是大脑信息处理最基本的组成单元,类型丰富多样,其轴突就像森林中的藤蔓一样,盘根错节、纵横交错。神经元通过轴突将信号长程投射到不同脑区,就像高铁系统,对大脑中的信息交流起着至关重要的作用。拥有不同投射模式的神经元往往参与不同的脑功能。

以往,研究人员利用群体神经元示踪技术,对小鼠皮层神经元的全脑投射进行了广泛研究,发现皮层投射神经元可以分为端脑内侧束神经元、锥体束神经元和皮层丘脑神经元。然而,近年研究表明,在这些传统的神经元类型中还存在着更复杂、功能分工更精细的神经元亚型。系统地绘制大脑单神经元水平的投射图谱,有助于发现新的神经元亚型和脑网络的联接规则,从而更系统全面地揭示大脑的工作原理。

此次研究在国际介观图谱领域率先重构了小鼠前额叶皮层6357个单神经元全脑投射图谱,建立了国际上最大的小鼠单神经元投射图谱数据库。同时还首次发现小鼠前额叶皮层中存在64类神经元投射亚型,揭示了其空间分布规律,阐明了前额叶内部模块化的联接网络和等级结构、神经元转录组亚型与投射亚型的对应关系,从而揭示了前额叶皮层内部连接和外部投射的规律,并提出了前额叶皮层可能的工作模型。

“在我看来,这项研究为神经科学界提供了不可估量的宝贵资源。”《自然-神经科学》杂志审稿人评价称,这项研究是一项工程和技术上的奇迹,它重构了小鼠前额叶皮层中超过6000个单神经元分辨率的轴突数据。该数据不仅揭示了前额叶神经元令人惊叹的多样性,而且通过对它们的分析,为神经环路潜在的组织原则提供了基础。

小鼠前额叶195个神经元的全脑投射。中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心供图