中国脑计划成果登上《科学》： 多团队联手，解析出小鼠海马体单神经元全脑投射规律

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想要帮助视障人士恢复视觉，植入一个脑机接口、读出脑电信

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 <p>想要帮助视障人士恢复视觉，植入一个脑机接口、读出脑电信息就足够了吗？显然没那么简单。“看到”之后产生空间感知、存储记忆，都与大脑海马体中的信息投射有关。</p>
 <p>为了对这个与学习、记忆、情绪、认知等脑功能息息相关的复杂脑区有全景式了解，在中国脑计划的项目支持下，由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心领衔，联手多个国内研究团队，花费近4年，解析了海马神经元的空间联接规律，并建立了小鼠海马脑区单神经元的全脑介观投射联接图谱的数据库。论文于2月2日发表在国际顶尖学术期刊《科学》上。</p>
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 <p><strong>上万个脑细胞中识别出43种“信息传输员” </strong></p>
 <p>大脑中的海马体功能复杂而重要。曾经，三位科学家在海马脑区发现了位置细胞，解开大脑空间定位系统之谜，就获得了2014年诺贝尔生理学或医学奖。</p>
 <p>不过，整个海马体究竟有哪些功能区？它们又将信息投递到何处？这个工作量庞大却对脑科学具有重要意义的基础性难题，却一直无人解答。</p>
 <p>“中国脑计划的一个重要目标，就是要弄清全脑神经元是如何联接的。从细胞图谱到联接图谱，就是一个关键的转变。”中国科学院院士、脑智卓越中心学术主任蒲慕明说，这次发表的世界上最大的海马脑区信息投射联接图谱，就是一个阶段性成果。</p>
 <p>通过海马体切片、基因分型、三维重构、数据分析等多种先进技术手段，研究团队在海马体的不同位置提取了上万个脑细胞，建立起小鼠海马脑区单神经元的全脑介观投射联接图谱的数据库。</p>
 <p>“我们从中分析出了小鼠海马神经元的341种主要投射模式，最终归纳出43种全脑投射细胞类型。”脑智卓越中心徐春研究员是这项研究的领衔人，“如果将海马体比作一幢行政大楼，我们基本给每间办公室都贴上了标签，每个办公室会聚集不同功能特点的神经元，会以不同方式将信息送达不同脑区”。</p>
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   结合轴突投射路径和主要投射模式，研究团队总结了43种全脑投射细胞类型。
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 <p>更值得一提的是，研究团队还关注到这些神经元之间的“人际关系”。徐春解释，就像有些同事经常一起合作，而有的偶尔有工作交流，神经元之间的联接还有强弱之分。跟传统的投射图谱相比，单细胞全脑投射图谱能够很好地表征这些信息。“这对将来深入理解不同脑区之间的协作机制有着重要意义”。</p>
 <p><strong>从小鼠到人脑，需要更多底层技术突破 </strong></p>
 <p>在蒲慕明看来，这次成果仅仅是一个起步。小鼠海马体的神经元数量数以百万计，猕猴的海马体神经元数量百倍于小鼠，而人脑的海马体又百倍于猕猴。显而易见，科学家的探索之路道阻且长。</p>
 <p>不过，通过近四年的努力，一支多学科融合、底层技术扎实的科研团队已经形成。参与此次研究的，除了领衔的脑智卓越中心外，还有华中科技大学苏州脑空间信息研究院、海南大学、中国科学院昆明动物研究所、临港实验室、上海脑科学与类脑研究中心等多家单位。</p>
 <p>回忆过去四年，徐春感触最深的就是团队的跨学科合作，“对于生物学背景的学者而言，要完成计算机领域的数据处理任务，实在是困难重重。好在通过与计算数据方面的合作者的深入交流，最终找到了很多优秀解决方案。”</p>
 <p>“过去四年，有很多个夜晚，我都在深夜独自一行行敲代码。当时感觉很辛苦，但现在想来是一种幸福。”论文第一作者之一、脑智卓越中心博士生邱收说，无论遇到哪方面的问题，都能在团队中找到交流的人。</p>
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   不同侧面的单细胞分辨率全脑投射图谱
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 <p>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华中科技大学苏州脑空间信息研究院的技术支撑。神经元轴突仅有头发丝1/200粗细，而长度堪比女生披肩长发，可在全脑中蜿蜒曲折几十厘米。“我们之所以能成功挑战这一目标，他们独步全球的全脑荧光标记技术发挥了关键作用。”李澄宇认为，未来还应在底层技术的创新突破上加大投入。</p>
 <p><strong>开放数据库，在国际合作中加速认知大脑 </strong></p>
 <p>目前，小鼠海马脑区单神经元的全脑介观投射联接图谱数据库已经上线，全球科学家都可下载相关数据用于科学研究。</p>
 <p>徐春介绍，团队专门对数据进行了专业的可视化处理，以方便更多研究者使用，“我们希望今后有源源不断的研究成果从数据中诞生，持续深化人类对海马体的了解”。</p>
 <p>“美国脑计划已开展十年，而中国脑计划刚推行两年，我们非常需要更多支撑，尤其通过全球合作，来加速我们的研究步伐。”蒲慕明表示，有“三磅宇宙”之称的大脑，是生命科学界尚未攻克的最后疆域，“在联接图谱领域，中国有一定的科研优势。我们要牢牢抓住这些领域，在世界脑科学中保持领先。”</p>
 <p>徐春透露，下一步研究团队将关注海马体的跨物种演化，从不同物种的海马体对比中，解读出其进化之路，并开展大量的海马体功能验证研究。</p>
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  文：许琦敏<br>
   图：受访者提供<br>
   编辑：许琦敏<br>
   责任编辑：任荃
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