小鼠海馬區腦圖譜研究獲新突破，將為研究人腦做鋪墊

2月2日，《科學》期刊在線發表了題為《Wholebrain spatial organization of hippocampal singleneuron projectomes》的研究論文。該研究解析了海馬神經元的空間聯接規律，并建立了小鼠海馬腦區單神經元的全腦介觀投射聯接圖譜的數據庫。

論文截圖。本文圖均為 中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心 供圖

該研究成果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）領銜，與華中科技大學蘇州腦空間信息研究院、海南大學、中國科學院昆明動物研究所、臨港實驗室、上海腦科學與類腦研究中心等多家單位的科研團隊合作完成。

研究員徐春領銜的研究團隊充分發揮了團隊攻關的組織優勢，三維重構了上萬個小鼠海馬區單神經元的全腦投射軸突形態。這些海馬神經元的胞體覆蓋了海馬的各個亞區和海馬多維軸向的不同位置，是目前世界上最大的單神經元全腦投射圖譜數據集。通過海馬單細胞投射圖譜的數據庫構建與分析，研究團隊開創性地將軸突投射路徑與機器識別算法相結合，闡述了海馬神經元前后軸的軸突投射路徑，為研究海馬投射下游腦區之間的關系提供了新的視角，同時更加有效快捷地分析了小鼠海馬神經元的341種主要投射模式的形態相似性，最終歸納總結出43種全腦投射細胞類型。

該研究將投射細胞類型與空間轉錄組數據進行聯合分析，鑒定了與不同投射細胞類型空間分布相關的基因，揭示了全新的海馬神經元投射模式以及海馬體內外靶區的協調投射規律，闡明了雙側大腦投射的新規律，擴展了領域內的層狀理論，全面展示了胞體與軸突末梢的空間映射關系，解析了海馬神經元胞體位置與投射模式的對應關系，發現了海馬單細胞的空間投射規律。

這些研究成果為研究海馬神經元相關的功能和疾病提供了環路和分子基因的靶點，為左右腦半球的信息交流和相互調節提供了新的證據，為研究海馬神經元各種腦功能提供了詳實的投射信息參考，為海馬輸出環路功能研究提出了海馬神經元投射模式的新方向，為海馬參與學習記憶、空間認知、導航、焦慮、應激等多種功能提供新的神經環路理論指導。

該研究構建的小鼠海馬區單神經元的全腦介觀投射圖譜數據庫已經通過腦科學門戶網站公開共享（https://mouse.digitalbrain.cn/hipp）。中國科學院腦科學數據與計算中心開發了集可視化、交互和分析為一體的工具，并提供數據下載服務。

海馬單神經元全腦投射規律的圖示總結。本文圖均為 中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心 供圖

徐春介紹，該研究最大的難點在于研究團隊大多數是生物學背景，但是研究工作中有許多計算機偏數學的數據處理工作，研究團隊只能一邊學習一邊推進，經常坐在一起相互請教，也因此變得更為合作緊密了。

院士蒲慕明指出，在國際上必須要有中國科學家主導的大科學計劃，這是非常不容易的，持續發表一系列具有國際影響力的腦圖譜成果是發起大科學計劃的必要條件，這次小鼠海馬區腦圖譜的研究突破，也為更進一步研究人腦做出了鋪墊。

該研究的數據分析工作由中國科學院腦智卓越中心博士研究生邱收領銜，并與胡亞闖、黃奕銘和高淘沙等共同合作完成。中國科學院腦智卓越中心（神經科學研究所）研究員徐春、孫衍剛、孫怡迪、姚海珊、臨港實驗室研究員李澄宇和教授華中科技大學蘇州腦空間信息研究院龔輝為該論文共同通訊作者。

該研究得到了中國科學院腦智卓越中心學術主任蒲慕明院士、海南大學駱清銘院士、中國科學院昆明動物研究所徐林研究員、中國科學院腦智卓越中心徐寧龍研究員、嚴軍研究員，中國科學院腦智卓越中心全腦介觀神經聯接圖譜平臺，中國科學院腦智卓越中心腦科學數據與計算中心的大力支持。

該研究受到了科技部重點研發計劃、科技部科技創新2030重大項目“腦科學與類腦研究”、上海市級重大專項“全腦神經聯接圖譜與克隆猴模型計劃”、中國科學院、基金委、上海市、臨港實驗室重大任務等項目的支持。