???2024年5月31日，《Neuroscience Bulletin》期刊在線發(fā)表題為《小鼠神經(jīng)元全腦投射譜與動態(tài)信息耦合》的研究論文，該研究由中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）孫衍剛研究組聯(lián)合華中科技大學(xué)武漢光電國家研究中心付玲教授研究團(tuán)隊共同合作完成。該研究開發(fā)了一種將神經(jīng)元全腦投射組和動態(tài)信息耦合的方法，為深入理解大腦工作原理提供了重要基礎(chǔ)。

神經(jīng)元是大腦的基本單元，它們通過廣泛的局部和長程聯(lián)接構(gòu)成復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)元動態(tài)特性及相互之間的聯(lián)接模式對于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功能至關(guān)重要。介觀投射譜技術(shù)以及具有細(xì)胞分辨率的功能成像技術(shù)的發(fā)展對理解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有重要推動作用。然而，在大多數(shù)情況下，單神經(jīng)元投射譜與神經(jīng)元動態(tài)信息是分別采集的，這使得理解具有特定神經(jīng)動態(tài)特征的神經(jīng)元是如何將信息傳遞給下游腦區(qū)具有一定困難，從而限制了我們對于大腦工作基本原理的認(rèn)識。

為了解決這一問題，以往的研究開發(fā)了多種策略，但大多限于皮層神經(jīng)元的動態(tài)信息和投射譜信息耦合。針對皮層下腦區(qū)神經(jīng)元功能和投射譜的聯(lián)合分析，尚缺乏可行的策略。本研究結(jié)合活體顯微成像和高清熒光顯微光學(xué)切片斷層成像（HD-fMOST），開發(fā)了一種繪制深部腦區(qū)功能相關(guān)神經(jīng)元全腦投射譜的策略，并獲得了特定類型神經(jīng)元亞型的動態(tài)信息和全腦投射譜。進(jìn)行深腦神經(jīng)元動態(tài)功能與結(jié)構(gòu)信息耦合時，需要使用GRIN透鏡作為光學(xué)中繼進(jìn)行活體成像。但GRIN透鏡的固有像差導(dǎo)致神經(jīng)元形態(tài)扭曲和信號強度減弱，影響與fMOST成像數(shù)據(jù)的匹配。該研究利用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)校正了GRIN透鏡的像差，提高了雙光子鈣成像數(shù)據(jù)與fMOST成像數(shù)據(jù)的匹配成功率，實現(xiàn)了海馬CA1神經(jīng)元動態(tài)信息和單細(xì)胞全腦投射譜數(shù)據(jù)同步獲取。該研究進(jìn)一步以黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元為例，發(fā)展了用于繪制特定類型的功能特異性神經(jīng)元全腦投射譜的策略。

中國科學(xué)院腦智卓越中心孫衍剛研究員、華中科技大學(xué)武漢光電國家研究中心付玲教授為該論文的共同通訊作者。華中科技大學(xué)博士研究生李翔和腦智卓越中心博士研究生杜赟為該論文的共同第一作者。華中科技大學(xué)的黃江楓、李文偉、凡若男，江濤、路長庚、管壯和腦智卓越中心的宋薇、周華、王曉飛等做出了重要貢獻(xiàn)，華中科技大學(xué)蘇州腦空間信息研究院的龔輝教授、李向?qū)幗淌?、李安安教授提供了重要的幫助。該研究得到國家自然科學(xué)基金委員會、科技部、新基石科學(xué)基金會的資助。