近日，中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心聯(lián)合華中科技大學(xué)，重構(gòu)了近2萬個覆蓋小鼠皮層所有腦區(qū)投射神經(jīng)元的軸突完整形態(tài)，提出了迄今為止最大的小鼠單神經(jīng)元投射圖譜數(shù)據(jù)集，揭示了皮層投射神經(jīng)元在皮層內(nèi)聯(lián)結(jié)和皮層下腦區(qū)投射的規(guī)律，并通過整合分析發(fā)現(xiàn)了皮層內(nèi)部聯(lián)結(jié)與轉(zhuǎn)錄組和神經(jīng)元功能的關(guān)系。
研究團隊重構(gòu)了覆蓋小鼠全皮層的單神經(jīng)元投射圖譜，并整合其他模態(tài)數(shù)據(jù)進行了系統(tǒng)分析，取得了一系列進展。
團隊通過全腦范圍內(nèi)神經(jīng)元軸突形態(tài)的系統(tǒng)聚類，定量刻畫了單神經(jīng)元軸突形態(tài)的相似性，獲得346個皮層神經(jīng)元投射組亞型，并分析了這些神經(jīng)元亞型的空間分布和全腦投射，為探討皮層功能提供了線索。
團隊進一步將皮層劃分為精細的255個皮層柱。通過建立和分析不同皮層柱之間的神經(jīng)元聯(lián)結(jié)，團隊揭示了7個皮層聯(lián)結(jié)模塊及其子模塊。同時，在單神經(jīng)元水平上，團隊發(fā)現(xiàn)了12個基本的軸突末梢分布模式，繪制出高精度皮層等級分布圖。
團隊發(fā)現(xiàn)，皮層錐體束神經(jīng)元到基底節(jié)腦區(qū)的投射存在多種組合模式。例如，在超直接通路中，PT神經(jīng)元能夠特異投射到丘腦底核，或外側(cè)蒼白球，或同時投射到STN和GPe。進而，團隊發(fā)現(xiàn)，在初級感覺皮層，皮層—丘腦神經(jīng)元和PT神經(jīng)元均可投射到初級和高級丘腦核團。這揭示了單神經(jīng)元水平皮層投射的復(fù)雜性，修正了傳統(tǒng)的皮層神經(jīng)元投射模型。
通過多模態(tài)數(shù)據(jù)整合，團隊發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)強的兩個皮層腦區(qū)的鈣信號趨于同步。整體上，皮層內(nèi)部結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)的梯度與其功能聯(lián)結(jié)的梯度有相似的空間分布。同時，團隊通過探究皮層等級差異與特定轉(zhuǎn)錄組類型或基因的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了一系列與皮層等級相關(guān)的轉(zhuǎn)錄組類型和基因。團隊還發(fā)現(xiàn)，皮層等級與神經(jīng)元發(fā)放頻率存在負相關(guān)，即皮層腦區(qū)的等級越高，其中的神經(jīng)元發(fā)放頻率越低，提示高等級腦區(qū)的神經(jīng)元更多地參與信息整合。
科研團隊發(fā)布了迄今為止最大的小鼠單神經(jīng)元投射圖譜數(shù)據(jù)集，揭示了精細的皮層內(nèi)部聯(lián)結(jié)和皮層下投射模式，以及皮層聯(lián)結(jié)與轉(zhuǎn)錄組和功能數(shù)據(jù)的緊密聯(lián)系，為研究皮層的功能提供了重要線索，并為與靈長類動物大腦皮層的單神經(jīng)元投射圖譜進行跨物種比較奠定了基礎(chǔ)，對類腦計算和模擬具有重要意義。
11月17日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《神經(jīng)元》（Neuron）上。研究工作得到科技創(chuàng)新-2030重大項目、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院相關(guān)項目等的支持。
研究主要成果總結(jié)圖
本文鏈接：研究揭示小鼠皮層單神經(jīng)元聯(lián)結(jié)規(guī)律http://www.sq15.cn/show-12-2110-0.html
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