Neuron丨fMOST再發(fā)文！腦智卓越中心繪制軀體感覺上行通路的精細(xì)"交通地圖"

2025-04-18

前言

駱清銘院士和龔輝教授帶領(lǐng)MOST團(tuán)隊(duì)發(fā)明的顯微光學(xué)切片斷層成像系列技術(shù)（MOST/fMOST）作為介觀尺度最精準(zhǔn)的三維完整器官成像技術(shù)，已在神經(jīng)機(jī)制、腦疾病、心腦血管疾病以及藥理毒理等科學(xué)前沿領(lǐng)域研究中發(fā)揮重要作用，并帶動(dòng)了相關(guān)標(biāo)記技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理和解析技術(shù)的發(fā)展。

以下內(nèi)容轉(zhuǎn)載自腦智卓越中心公眾號(hào)：

文章題目：Single-neuron projectome reveals organization of somatosensory ascending pathways in the mouse brain

發(fā)表時(shí)間：2025年4月9日

發(fā)表期刊：Neuron

研究團(tuán)隊(duì)：中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心孫衍剛研究團(tuán)隊(duì)

我們每天都能感受到觸摸的溫暖、疼痛的警示或瘙癢的不適，這些軀體感覺對(duì)我們的生存至關(guān)重要。軀體感覺信息通過外周神經(jīng)傳遞至脊髓，進(jìn)一步通過脊髓投射神經(jīng)元這一"信息中轉(zhuǎn)站"上傳至大腦，形成我們對(duì)軀體感覺的感知。然而，這個(gè)看似簡(jiǎn)單的過程背后，卻隱藏著極其復(fù)雜的神經(jīng)聯(lián)接模式。

盡管國(guó)際學(xué)界已通過群體示蹤技術(shù)初步勾勒出體感通路的大致輪廓，但長(zhǎng)期以來，兩個(gè)核心問題阻礙著該領(lǐng)域的深入探索：首先，在單神經(jīng)元水平上，脊髓投射神經(jīng)元是否存在特異的投射模式？其次，這些神經(jīng)元如何與腦內(nèi)中繼神經(jīng)元共同形成精確的軀體感覺信息處理網(wǎng)絡(luò)？由于傳統(tǒng)技術(shù)的分辨率限制，這些問題始終懸而未決，制約了人們對(duì)軀體感覺信息處理機(jī)制的理解。

為回答上述問題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地結(jié)合了病毒示蹤和高分辨率成像和重構(gòu)技術(shù)(fMOST)，就像給每個(gè)神經(jīng)元安裝了微型追蹤器。團(tuán)隊(duì)通過對(duì)脊髓神經(jīng)元和腦內(nèi)中繼神經(jīng)元的完整追蹤，最終構(gòu)建出了迄今為止最完整的體感神經(jīng)"高清地圖"，該高分辨率的單神經(jīng)元全腦投射譜的開放數(shù)據(jù)庫(kù)(https://mouse.digital-brain.cn/projectome/spcd），現(xiàn)已向全球開放。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，脊髓中的信息傳遞系統(tǒng)展現(xiàn)出驚人的精密組織模式：在脊髓層面，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)脊髓投射神經(jīng)元可根據(jù)樹突形態(tài)特征分為15類，這些神經(jīng)元通過特化的樹突結(jié)構(gòu)從不同脊髓層面采集信息，形成了精確的信息輸入系統(tǒng)。同時(shí)，研究鑒定出19類投射神經(jīng)元亞型，每一種亞型都具備獨(dú)特的投射模式，構(gòu)成了多樣化的信息輸出網(wǎng)絡(luò)。在腦內(nèi)中繼網(wǎng)絡(luò)方面，研究揭示了丘腦、臂旁核和中腦等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)如何分工協(xié)作，確保感覺信息的精準(zhǔn)傳遞。丘腦通過三條主要通道分別處理感覺、運(yùn)動(dòng)和情感信息；臂旁核的中繼神經(jīng)元中約14%具有跨半球通訊能力；上丘內(nèi)中繼神經(jīng)元?jiǎng)t通過兩條平行通路分別參與定向行為和全身防御反應(yīng)。這些發(fā)現(xiàn)為理解感覺信息處理提供了全新視角。

圖1：小鼠脊髓投射神經(jīng)元與腦內(nèi)中繼神經(jīng)元單神經(jīng)元全腦投射規(guī)律的圖示總結(jié)

本研究全面揭示了脊髓投射神經(jīng)元與中樞中繼神經(jīng)元的投射模式及組織聯(lián)接規(guī)律，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元通過并行-發(fā)散-匯聚等投射模式構(gòu)建信息高速公路，更鑒定出多種投射模式特異的神經(jīng)元亞型，為理解疼痛、觸覺等感知覺神經(jīng)機(jī)制提供了全新結(jié)構(gòu)框架。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建的開放數(shù)據(jù)庫(kù)已向全球科研人員免費(fèi)開放，這將加速基礎(chǔ)和臨床研究相關(guān)領(lǐng)域的突破性發(fā)現(xiàn)，還將為人工智能的感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供生物靈感。

論文

中國(guó)科學(xué)院腦智卓越中心博士生丁文群、宋薇、全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜研究平臺(tái)史曉雪與華中科技大學(xué)蘇州腦空間信息研究院豐釗為本文共同第一作者，中國(guó)科學(xué)院腦智卓越中心孫衍剛研究員、復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)轉(zhuǎn)化研究院/附屬華山醫(yī)院鄧娟研究員、中國(guó)科學(xué)院腦智卓越中心王曉飛和華中科技大學(xué)李安安教授為本文的共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家科技創(chuàng)新2030重大專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。