分子精神病学:揭示了人类小脑功能异质性背后的遗传证据

来源：自动化研究所，2022年3月16日08:32

脑功能组织模型的两个基本原则是分离和整合。功能分离是指不同功能(如运动、感觉或高级认知)的特征区在解剖空间上是分离的。同时，支持功能分离的神经解剖结构需要相互联系，即功能整合。人脑的各种高级功能，如情绪、记忆、认知等，都依赖于功能分离和功能整合之间的动态平衡，其失衡也会导致各种精神障碍。因此，研究功能分离和

脑功能组织模型的两个基本原则是分离和整合。功能分离是指不同功能(如运动、感觉或高级认知)的特征区在解剖空间上是分离的。同时，支持功能分离的神经解剖结构需要相互联系，即功能整合。人脑的各种高级功能，如情绪、记忆、认知等，都依赖于功能分离和功能整合之间的动态平衡，其失衡也会导致各种精神障碍。因此，研究功能分离和功能整合之间的动态平衡是神经科学领域的一个关键科学问题，可以帮助人们更好地理解神经系统中信息处理和交流的模式以及产生高级认知功能的基础，也有助于阐明精神障碍的发病机制。

目前，相对于对人脑功能组织模型的认识，科学家对人类小脑中功能分离和功能整合之间的关系如何表征和相互作用还知之甚少。人的小脑虽然很小，只占整个人脑的十分之一，却包含了全脑50%以上的神经细胞。在过去的200年里，小脑被认为只在运动任务和感觉信息处理中起作用。现在，越来越多的研究发现，它还参与情绪、语言、记忆等高级认知功能。同时，大量研究还发现，小脑的变化还与包括自闭症、精神分裂症等在内的多种精神障碍有关。关于人类小脑的一个有趣的悖论是小脑皮质近乎同质的细胞结构与其复杂的功能异质性之间的不一致性。细胞高度同质的小脑不同区域是如何参与功能分离的？与大脑皮层不同，人类小脑的功能多样性更多地取决于小脑和小脑外结构之间的广泛互联，而不是其高度一致的细胞结构。既然普遍认为人类神经系统的宏观功能组织是由潜在的微观基因表达调控的，那么小脑独特的内部功能组织模式是否也是由基因调控的呢？如果有，它是通过什么样的机制发挥作用的？到目前为止，这些问题还没有得到系统的研究和回答。

近日，中国科学院自动化研究所脑网络群研究中心范课题组联合中国科学院大学中丹科教中心、德国乌尔里希研究中心等国内外研究机构，发表了题为《揭开分子精神病学中的基因pro？人类小脑内在组织的Les研究论文。本研究揭示了小脑功能异质性的基础及其驱动因素(即小脑连接处和小脑-皮质连接处)，为分析自发状态下小脑的内在功能组织模型提供了证据。

本研究应用脑图像-转录组关联分析的思想，结合Allen人脑图谱和多模态人脑图像数据，不仅鉴定出443个小脑功能网络特异性基因，而且发现这些基因的共表达模式与静息小脑功能连接(FC)密切相关。其中，90个基因还与小脑中情绪和认知功能网络的功能连接有关。通过观察基因共表达和功能连接的偶联关系的变化，这443个小脑功能网络特异性基因通过虚拟敲除被分为两个子集：阳性基因贡献指标(GCI)和阴性基因贡献指标(GCI-)。通过后续的基因功能注释，发现GCI主要参与小脑的神经发育，并且在小脑的延长发育过程中显著过量表达。GCI-与神经递质传递有关，在婴儿晚期、儿童早期、青春期和成年早期显著表达。更有趣的是，GCI-与情绪认知和行为高度相关，也与许多伴有小脑功能障碍的神经精神疾病显著相关。

综上所述，本研究发现小脑功能分离背后的网络特异性基因与小脑内部以及小脑与小脑之间的功能联系高度相关。这些结果有助于重新思考小脑功能高度异质性背后的遗传基础，为小脑参与神经精神疾病的高级功能和功能障碍提供了微观-宏观相互作用的可能机制解释。同时，本研究还鉴定了重要标记物GCI-，揭示其支持小脑功能网络在情绪认知行为和多种脑部疾病中的关键作用。这些发现提示了小脑“基因-连接-功能/功能障碍”假说成立的可能性，也为揭示小脑在自闭症、精神分裂症等神经发育障碍中的作用提供了依据。(100yiyao.com)

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