1月23日，國際學(xué)術(shù)期刊Advanced Science在線發(fā)表了中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所王光中研究組的研究論文"Organizational principles of the primate cerebral cortex at the single-cell level"。該研究通過對獼猴大腦皮層的空間轉(zhuǎn)錄組進行系統(tǒng)分析，揭示靈長類大腦皮層內(nèi)神經(jīng)元組織分布的高度非隨機性和相關(guān)規(guī)律，為深入理解靈長類大腦皮層的組織原則提供嶄新的科學(xué)視角。
近年來，單細(xì)胞測序技術(shù)為探索大腦中單個細(xì)胞的狀態(tài)和基因表達(dá)譜提供了前所未有的機會，助力科學(xué)家深入解析細(xì)胞分類、特性及其潛在生理功能。在過去十余年的研究中，大規(guī)模組學(xué)方法不斷升級，從早期的微陣列技術(shù)發(fā)展到單細(xì)胞測序，覆蓋了多個物種和不同發(fā)育階段的皮層研究，取得了小鼠大腦皮層的空間分布及復(fù)雜的細(xì)胞交互等許多有意思的發(fā)現(xiàn)。然而，有關(guān)靈長類動物神經(jīng)元空間分布規(guī)律方面的研究，仍處于初步階段。
研究團隊分析了獼猴大腦皮層的超過2500萬神經(jīng)元細(xì)胞，系統(tǒng)揭示了這些神經(jīng)元在不同皮層層內(nèi)的精細(xì)空間組織特征。結(jié)果顯示，神經(jīng)元分布呈現(xiàn)出高度非隨機性，形成了大量神經(jīng)元簇——其中超過四分之三的神經(jīng)元都集中在這些空間簇內(nèi)。進一步的分析表明，這些神經(jīng)元簇具有獨特的細(xì)胞類型組成，并展示了抑制性和興奮性神經(jīng)元簇之間典型的空間耦合交互作用。有意思的是，這些分布規(guī)律在小鼠皮層中也是保守的，暗示了它們在腦進化中的重要性。此外，研究還發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元簇的分布與大腦特定功能區(qū)域顯著關(guān)聯(lián)。
這一研究成果為理解靈長類大腦皮層在神經(jīng)元群體水平上的細(xì)胞類型利用機制提供了重要見解，揭示了靈長類大腦微觀組織的共同原則，也為揭示大腦皮層的計算架構(gòu)提供了關(guān)鍵線索。
中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所博士研究生陳仁瑞為文章的第一作者，王光中研究員為通訊作者。該研究得到了研究所生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)中心馬良宵工程師的大力幫助，同時得到了國家自然科學(xué)基金的支持。
圖：神經(jīng)元細(xì)胞在靈長類大腦皮層中的分布顯示出高度非隨機的特征。研究團隊通過分析獼猴大腦皮層神經(jīng)元細(xì)胞的空間分布，發(fā)現(xiàn)其在皮層中形成了如左上圖所示的大量神經(jīng)元簇，這些簇并不局限于單一腦區(qū)，而是跨越多個腦區(qū)分布，體現(xiàn)了復(fù)雜的區(qū)域間聯(lián)結(jié)性。同時，如右上所示，不同的神經(jīng)元簇之間還表現(xiàn)出明顯的伙伴關(guān)系結(jié)構(gòu)，形成了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)連接，此外，如右下圖所示，神經(jīng)元簇的分布與大腦特定功能區(qū)域顯著關(guān)聯(lián)。
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https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202411041
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