小鼠海马区脑图谱研究获新突破，将为研究人脑做铺垫

摘要： 2月2日，《科学》期刊在线发表了题为《Whole-brain spatial organization of hippo...

2月2日，《科学》期刊在线发表了题为《Whole-brain spatial organization of hippocampal single-neuron projectomes》的研究论文。该研究解析了海马神经元的空间联接规律，并建立了小鼠海马脑区单神经元的全脑介观投射联接图谱的数据库。

论文截图。本文图均为 中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心 供图

该研究成果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）领衔，与华中科技大学苏州脑空间信息研究院、海南大学、中国科学院昆明动物研究所、临港实验室、上海脑科学与类脑研究中心等多家单位的科研团队合作完成。

研究员徐春领衔的研究团队充分发挥了团队攻关的组织优势，三维重构了上万个小鼠海马区单神经元的全脑投射轴突形态。这些海马神经元的胞体覆盖了海马的各个亚区和海马多维轴向的不同位置，是目前世界上最大的单神经元全脑投射图谱数据集。通过海马单细胞投射图谱的数据库构建与分析，研究团队开创性地将轴突投射路径与机器识别算法相结合，阐述了海马神经元前后轴的轴突投射路径，为研究海马投射下游脑区之间的关系提供了新的视角，同时更加有效快捷地分析了小鼠海马神经元的341种主要投射模式的形态相似性，最终归纳总结出43种全脑投射细胞类型。

该研究将投射细胞类型与空间转录组数据进行联合分析，鉴定了与不同投射细胞类型空间分布相关的基因，揭示了全新的海马神经元投射模式以及海马体内外靶区的协调投射规律，阐明了双侧大脑投射的新规律，扩展了领域内的层状理论，全面展示了胞体与轴突末梢的空间映射关系，解析了海马神经元胞体位置与投射模式的对应关系，发现了海马单细胞的空间投射规律。

这些研究成果为研究海马神经元相关的功能和疾病提供了环路和分子基因的靶点，为左右脑半球的信息交流和相互调节提供了新的证据，为研究海马神经元各种脑功能提供了详实的投射信息参考，为海马输出环路功能研究提出了海马神经元投射模式的新方向，为海马参与学习记忆、空间认知、导航、焦虑、应激等多种功能提供新的神经环路理论指导。

该研究构建的小鼠海马区单神经元的全脑介观投射图谱数据库已经通过脑科学门户网站公开共享（https://mouse.digital-brain.cn/hipp）。中国科学院脑科学数据与计算中心开发了集可视化、交互和分析为一体的工具，并提供数据下载服务。

海马单神经元全脑投射规律的图示总结。本文图均为 中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心 供图

徐春介绍，该研究最大的难点在于研究团队大多数是生物学背景，但是研究工作中有许多计算机偏数学的数据处理工作，研究团队只能一边学习一边推进，经常坐在一起相互请教，也因此变得更为合作紧密了。

院士蒲慕明指出，在国际上必须要有中国科学家主导的大科学计划，这是非常不容易的，持续发表一系列具有国际影响力的脑图谱成果是发起大科学计划的必要条件，这次小鼠海马区脑图谱的研究突破，也为更进一步研究人脑做出了铺垫。

该研究的数据分析工作由中国科学院脑智卓越中心博士研究生邱收领衔，并与胡亚闯、黄奕铭和高淘沙等共同合作完成。中国科学院脑智卓越中心（神经科学研究所）研究员徐春、孙衍刚、孙怡迪、姚海珊、临港实验室研究员李澄宇和教授华中科技大学苏州脑空间信息研究院龚辉为该论文共同通讯作者。

该研究得到了中国科学院脑智卓越中心学术主任蒲慕明院士、海南大学骆清铭院士、中国科学院昆明动物研究所徐林研究员、中国科学院脑智卓越中心徐宁龙研究员、严军研究员，中国科学院脑智卓越中心全脑介观神经联接图谱平台，中国科学院脑智卓越中心脑科学数据与计算中心的大力支持。

该研究受到了科技部重点研发计划、科技部科技创新2030-重大项目“脑科学与类脑研究”、上海市级重大专项“全脑神经联接图谱与克隆猴模型计划”、中国科学院、基金委、上海市、临港实验室重大任务等项目的支持。