1月23日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Advanced Science在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)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(guò)對(duì)獼猴大腦皮層的空間轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行系統(tǒng)分析，揭示靈長(zhǎng)類大腦皮層內(nèi)神經(jīng)元組織分布的高度非隨機(jī)性和相關(guān)規(guī)律，為深入理解靈長(zhǎng)類大腦皮層的組織原則提供嶄新的科學(xué)視角。

近年來(lái)，單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)為探索大腦中單個(gè)細(xì)胞的狀態(tài)和基因表達(dá)譜提供了前所未有的機(jī)會(huì)，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(guò)去十余年的研究中，大規(guī)模組學(xué)方法不斷升級(jí)，從早期的微陣列技術(shù)發(fā)展到單細(xì)胞測(cè)序，覆蓋了多個(gè)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(zhǎng)類動(dòng)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(tuán)隊(duì)分析了獼猴大腦皮層的超過(guò)2500萬(wàn)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(jī)性，形成了大量神經(jīng)元簇——其中超過(guò)四分之三的神經(jīng)元都集中在這些空間簇內(nèi)。進(jìn)一步的分析表明，這些神經(jīng)元簇具有獨(dú)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?cè)谀X進(jìn)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(zhǎng)類大腦皮層在神經(jīng)元群體水平上的細(xì)胞類型利用機(jī)制提供了重要見(jiàn)解，揭示了靈長(zhǎng)類大腦微觀組織的共同原則，也為揭示大腦皮層的計(jì)算架構(gòu)提供了關(guān)鍵線索。

中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)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(shí)得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。

圖：神經(jīng)元細(xì)胞在靈長(zhǎng)類大腦皮層中的分布顯示出高度非隨機(jī)的特征。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)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(gè)腦區(qū)分布，體現(xiàn)了復(fù)雜的區(qū)域間聯(lián)結(jié)性。同時(shí)，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