日前，《Nature Neuroscience》（自然神经科学）期刊以封面文章的形式在线发表了题为《鼠脑前额叶单神经元投射图谱》的研究论文，中国科学家率先重构了小鼠前额叶皮层6357个单神经元的全脑投射图谱，建立了国际上最大的小鼠全脑介观神经联接图谱数据库。该研究不仅为深入研究高级认知功能的神经机制奠定了结构基础，也为研究全脑介观神经联接图谱提供了重要的技术支撑和合作范例，对脑科学与类脑研究具有里程碑意义。
这项研究由江苏产研院脑空间所、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心合作完成。
标准化、规模化产生数据
神经元是大脑最基本的组成单元，类型丰富多样，其轴突就像复杂的树根一样，纵横交错。神经元通过轴突将信号长程投射到不同脑区，对大脑中的信息交流起着至关重要的作用。拥有不同投射模式的神经元往往参与不同的脑功能。绘制高分辨率全脑联接图谱，是阐明大脑工作原理的重要基础，也是世界各国打造脑科学研究中心的必备内容。
集萃脑空间所团队，围绕脑连接结构与功能信息获取开展了长期深入的研究，在显微光学成像技术、组织标记和制备、大数据处理与解析等方面拥有全链条的自主知识产权。以荧光显微光学切片断层成像（fMOST）系列成套技术为核心，建成了全球规模最大、国际领先的亚微米分辨全脑图谱绘制的标准化规模化科研平台，装备了50套MOST/fMOST成像系统及配套设施，能全景式获取和可视化脑空间内不同尺度的结构，以及解析多种完整器官的三维精细结构（包括脑、心、肝、肾、眼球等）。Nature曾发表专评“这种以工业化的形式大规模、标准化地产生数据，将改变神经科学已有的研究方式”。
通过与中科院脑智卓越创新中心、上海脑科学与类脑研究中心等团队合作，此项研究用fMOST技术获得了161个小鼠全脑数据集，从中重构出6357个前额叶单神经元及其轴突形态。
脑空间所副所长龚辉教授介绍：“这一全脑成像的分辨率可达到头发丝直径的1/200，fMOST技术可以连续1000小时的稳定精准成像。之前数年，全世界重建了约3000多个单神经元轴突分辨率的数据；我们在这一项合作发表的文章中重建了6000多个单神经元，建立了迄今最大的小鼠介观脑图谱数据库。”
建立金标准的数据库
龚辉教授认为：“脑联接图谱研究在脑疾病方面的应用也很重要。例如，脑前额叶负责的成瘾、工作记忆等功能，让我们理解了在不同的疾病中可能有更细致的通路参与到调控之中。”
实际上，脑联接图谱为完整的神经元形态建立了金标准的数据库。
龚辉教授介绍，以老年痴呆疾病研究为例，一个重要的发现是患老年痴呆疾病后，前额叶等脑区的神经元形态会发生变化，尤其是树突的复杂性会减少。老年痴呆或其他疾病的研究所得到数据，可以与金标准的数据进行比较，所以说这项工作也为脑科学研究提供了重要基础数据。
近日，集萃脑空间所研发团队在成像技术方面，又取得新的进展，发明了单神经元水平同时连续获取猕猴脑的神经元形态和细胞构筑信息的技术。
未来，集萃脑空间所将继续大力推进建设国际领先的全脑介观神经联接图谱绘制技术平台，为中国“脑计划”提供高质量、高标准的数据和先进的技术支撑，助力脑认知与脑疾病机理的解析。
来源：江苏省产业技术研究院
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