中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心研究員嚴軍、工程師王曉飛、研究員徐春，復旦大學腦科學研究院研究員許曉鴻合作，發布了迄今為止最大的小鼠單神經元投射圖譜數據集，揭示了精細的皮層內部聯結和皮層下投射模式以及皮層聯結與轉錄組和功能數據的緊密聯系，將助力皮層功能研究、單神經元投射圖譜跨物種比較、類腦計算和模擬。11月17日，相關研究成果發表于《神經元》。
在哺乳動物中，大腦皮層負責包括感覺運動轉化和認知抉擇等在內的高級功能。解析皮層神經元的全腦聯結規律對于揭示這些腦功能的神經機制至關重要。然而，皮層功能聯結通過單個神經元實現的機制尚不清楚，且皮層神經元的結構聯結與其它模態數據之間的關系也缺乏系統研究。
為了回答這些問題，研究團隊重構了近2萬個覆蓋小鼠皮層所有腦區投射神經元的軸突完整形態，并整合其它模態數據進行了系統分析，取得了一系列新發現。
研究團隊通過全腦范圍內神經元軸突形態的系統聚類，定量刻畫了單神經元軸突形態的相似性，獲得346個皮層神經元投射組亞型，并系統分析了這些神經元亞型的空間分布和全腦投射。
此外，研究團隊將皮層劃分為精細的255個皮層柱，并揭示了7個皮層聯結模塊及其子模塊，且在單神經元水平發現了12個基本的軸突末梢分布模式，繪制了高精度的皮層等級分布圖。
研究團隊同時發現，皮層錐體束神經元到基底節腦區的投射存在多種組合模式。在初級感覺皮層，皮層-丘腦神經元和PT神經元都能投射到初級和高級丘腦核團。由此，揭示了單神經元水平皮層投射的復雜性，修正了傳統的皮層神經元投射模型。
多模態數據整合分析結果顯示，研結構聯結強的兩個皮層腦區，鈣信號也趨于同步，皮層內部結構聯結的梯度也和其功能聯結的梯度，整體上也有著相似的空間分布。進一步地，研究團隊發現了一系列與皮層等級相關的轉錄組類型和基因，且皮層等級與神經元發放頻率存在負相關，提示高等級腦區的神經元更多地參與信息的整合。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.neuron.2025.10.019
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