[video:20220401【新聞直播間】國際最大小鼠全腦介觀神經聯結圖譜構建]
　　3月31日，Nature Neuroscience以封面文章的形式，在線發表了題為《小鼠前額葉單神經元投射圖譜》的研究論文，該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）、神經科學國家重點實驗室、上海腦科學與類腦研究中心嚴軍研究組、徐寧龍研究組，以及華中科技大學蘇州腦空間信息研究院、武漢光電國家研究中心龔輝團隊合作完成。該研究在國際介觀圖譜領域率先重構了小鼠前額葉皮層6357個單神經元全腦投射圖譜，建立了目前國際上最大的小鼠全腦介觀神經聯接圖譜數據庫；首次發現小鼠前額葉皮層中存在64類神經元投射亞型，揭示了其空間分布規律，闡明了前額葉內部模塊化的連接網絡和等級結構、神經元轉錄組亞型與投射亞型的對應關系，從而揭示了前額葉皮層內部連接和外部投射的規律，并提出了前額葉皮層可能的工作模型。該研究不僅為深入探究高級認知功能的神經機制奠定了結構基礎，而且為探索全腦介觀神經聯接圖譜提供了重要的技術支撐。
　　大腦皮層不同腦區之間的信息交流依賴于神經元的長程投射，擁有不同投射模式的神經元往往參與不同的腦功能。因此，研究神經元的投射模式及其基本規律，對于解析大腦的組織結構和信息處理機制具有重要意義。以往研究利用群體神經元示蹤技術，對小鼠皮層神經元的全腦投射進行了廣泛研究，發現皮層投射神經元可分為端腦內側束神經元、錐體束神經元和皮層丘腦神經元。然而，近年來的研究表明，在這些傳統的神經元類型中還存在著更復雜、功能分工更精細的神經元亞型。系統地繪制大腦單神經元水平的投射圖譜，有助于發現新的神經元亞型和腦網絡的聯接規則，從而更系統全面地剖析大腦的工作原理。
　　繪制小鼠等哺乳動物大腦中單神經元水平的全腦投射圖譜，需要在太字節（TB）量級的全腦光學成像大數據中，對單神經元形態逐個進行三維重構。整個過程工作量大、極為復雜和耗時，是國際上公認的難題。為解決這一問題，嚴軍研究組博士茍凌峰通過數年的努力攻關，自主開發了以Fast Neurite Tracer（FNT）為代表的TB級光學成像大數據神經元追蹤及分析軟件，為研究模式動物各腦區的神經聯接圖譜建立了一套研究方法和流程。
　　前額葉皮層在決策、工作記憶、注意力等高級認知功能中扮演重要角色，其結構和功能的異常會導致多種腦疾病。前額葉神經元投射范圍很廣，幾乎覆蓋大部分腦區，包括皮層、紋狀體、丘腦、中腦和后腦等。已有研究多利用群體神經元示蹤技術來研究前額葉皮層神經元的全腦投射模式，在單個神經元水平上，前額葉神經元軸突投射的規律尚不清楚。盡管目前的研究表明小鼠皮層不同腦區之間存在模塊和等級結構，但關于前額葉內部連接網絡的性質還有待研究。
　　通過與華中科技大學龔輝團隊、腦智卓越中心全腦介觀神經聯接圖譜平臺等團隊合作，該研究獲得161個小鼠的全腦成像數據，并從中重構出6357個前額葉單神經元軸突形態（圖A）。在獲得前額葉單神經元投射圖譜后，科研團隊利用自主開發的聚類分析方法，定量刻畫比較神經元軸突形態的相似性，獲得了64個投射亞型，并繪制出這些神經元亞型在前額葉亞區的分布和皮層深淺層的分布（圖B）。此外，研究通過建立高空間分辨率的前額葉內部連接網絡，發現前額葉內部連接網絡具有模塊化的性質和等級結構（圖C）。研究通過與前額葉轉錄組數據進行關聯分析，并利用逆向示蹤和單分子熒光原位雜交技術后，發現單個轉錄組亞型對應著多個投射亞型這一重要規律（圖D）。
　　該研究開發了在腦圖譜大數據中高效重構神經元的軟件FNT，構建了小鼠前額葉單神經元投射圖譜，發現了前額葉存在64個神經元投射亞型和前額葉內部連接存在模塊和等級結構，這為闡釋前額葉的工作機制提供了線索。其中，單個轉錄組亞型對應多個投射亞型這一規律，進一步突顯出單神經元投射圖譜對于神經元分類的重要性。
　　研究工作得到上海市、科技部、中科院、國家自然科學基金的支持。
　　小鼠圖譜共享網站
　　[video:探秘大腦中的森林 200MB]
　　 
　　 
　　A、6357個前額葉單神經元在前額葉亞區的分布和全腦軸突形態；B、神經元形態學分類，64個前額葉投射神經元亞型在前額葉亞區和皮層深淺的分布；C、前額葉內部連接網絡的模塊化和等級結構；D、前額葉投射亞型與基因亞型的關系（CT皮層丘腦神經元在PL-ORB腦區） 
　　小鼠前額葉195個神經元的全腦投射