中国科学家建立了世界最大的小鼠大脑图谱数据库

来源：科技部生物中心，2022-05-05 11:16

该研究不仅为进一步研究高级认知功能的神经机制奠定了结构基础，也为全脑介观神经连接图谱的研究提供了重要的技术支持，在脑科学和类脑研究中具有里程碑意义。

脑功能涉及多个脑区、多个核团和各种类型神经元群之间的协作。因此，绘制高分辨率的脑连接图谱，在全脑尺度上分析神经连接的结构、组织规则和作用机制，是全面了解大脑工作原理的基础。

近日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心与华中科技大学等团队合作，在《Nature Neuroscience》杂志在线发表了题为《小鼠前额叶皮层单神经元项目Me》的研究论文。本研究通过荧光显微光学切片层析技术(fMOST)获得了161只小鼠的全脑成像数据，并由此重建了小鼠前额叶皮层6357个单个神经元的全脑投影图，建立了世界上最大的小鼠全脑介观神经连接图数据库。研究还发现，小鼠前额叶皮层的神经元投射亚型有64种。通过阐明内部的模块化连接网络和层级结构，以及神经元转录组亚型和投射亚型之间的对应关系，揭示了前额叶皮层的内部连接和外部投射规律，并提出了其可能的工作模式。

大脑连接图是所有神经元之间结构连接的总和。绘制高分辨率的大脑连接图谱有助于明确大脑的工作原理，是世界各国建设全球脑科学中心的重要基础。然而，大鼠大脑中大约有1亿个神经元，它们的类型各不相同。它们就像森林中的树木一样，盘根错节，纵横交错，在大脑中交流信息。中科院大脑智能卓越中心研究组组长严军研究员表示，在大脑中绘制森林的过程极其复杂，是国际公认的难题。

闫军：从我们研究的老鼠大脑中提取所有轴突并进行排列，这是一个巨大的工程，长达5000公里(相当于中国最西端到最东端的跨度)。有必要整理出这么长的轴突。

为了解决这一问题，研究团队通过多年的研究，自主开发了一套能够在三维空间中以半自动方式快速重建神经元的软件系统，帮助科学家探索大脑中的森林，描绘每棵树的形状。

闫军：这个过程目前在国际上是领先的，包括对小鼠全脑的神经元进行标记，对大数据进行压缩分解，(半)自动跟踪，3D重建，最后统一配准成标准的脑图。

基于此，严俊团队决定将研究重点放在小鼠大脑的前额叶皮层。后者在决策、工作记忆、注意力等高级认知功能中起重要作用，其结构和功能异常可导致多种脑部疾病。通过与脑智能卓越中心许宁龙团队、华中科技大学龚辉团队、脑智能卓越中心全脑介观神经连接图谱平台合作，获得了161只小鼠的全脑影像学数据，重建了6357个前额叶单个神经元的全脑投影图谱。中科院脑智能卓越中心副主任孙延刚研究员介绍，小鼠介观神经连接图谱计划分三期完成。

孙彦刚：第一个目标是今天发布的成果。第二阶段针对的是海马体，海马体是空间、记忆、导航、情绪中非常重要的结构。第三个阶段是在下丘脑，这是一个非常重要的中心，与我们的本能行为有关，如食物摄入和温度控制。

除了小鼠，斑马鱼和m的全脑介观图谱

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