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国创中心脑空间所参与Science重磅研究,解析小鼠海马单神经元全脑投射规律

2024-02-05


2024年2月2日,国际著名学术期刊《Science》(科学)在线发表了题为“Whole-brain spatial organization of hippocampal single-neuron projectomes”(小鼠海马单神经元全脑投射图谱)的研究论文。

该项研究由长三角国创中心脑空间信息技术研究所(简称“脑空间所”)骆清铭院士、龚辉教授团队与中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心徐春研究组、孙衍刚研究组、姚海珊研究组、李澄宇研究组和孙怡迪研究组等发挥各自优势,面向科学前沿开展有组织的合作研究而共同完成。


攻关研究团队通过将荧光显微光学切片断层成像技术(fMOST)与稀疏标记神经元方法相结合,以亚微米体素分辨率同时连续采集小鼠全脑的完整精细神经元形态和细胞构筑的胞体定位信息,共获取了242个小鼠全脑的三维图像数据集,重建了10,100个海马神经元完整形态,海马神经元的胞体覆盖了海马的各个亚区。

△ 海马单神经元全脑投射规律的总结图

该研究创建了目前世界上最大的单神经元全脑投射图谱数据集,根据碘化丙啶染色得到的细胞构筑结果,将所有神经元注释到Allen小鼠脑共同坐标框架,确定了神经元胞体处于海马亚区的位置。通过形态学参数分析研究了轴突投射的模式,发现沿吻侧和尾侧通路的海马轴突投射分支在不同的亚区中表现出不重叠的分布特点;根据单个海马神经元轴突形态将其投射模式更精细的分类为43种特定亚型。

研究揭示了投射组亚型依赖的胞体沿纵轴分布与海马由具有不同基因表达模式的亚域组成一致,投射靶区的数量和轴突终端分布取决于海马纵轴和横轴上的胞体所在位置。

论文通讯作者之一、临港实验室研究员李澄宇特别感谢来自脑空间所提供的技术支撑。“我们之所以能成功挑战这一目标,脑空间所独步全球的全脑荧光显微光学切片断层成像技术发挥了关键作用。”

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长三角国创中心脑空间信息技术研究所于2016年成立,面向脑与类脑智能研究的重大科学前沿,开展以自主原创技术为核心的规模化高分辨全脑连接图谱研究,为攻克脑疾病与发展类脑智能提供关键共性技术,该所是“科技创新2030——脑科学与类脑研究”重大项目“全脑介观神经联接图谱绘制技术平台”的牵头单位。骆清铭院士和龚辉教授科研团队面向测绘全脑介观神经联接图谱重大需求,独辟蹊径创立了全脑三维连续高分辨成像的MOST/fMOST技术体系,在显微光学成像、生物标记和组织制备、大数据计算和分析等方面拥有全链条的自主知识产权。