提供了“路线图” 我国建立世界上最大的小鼠海马单神经元全脑投

　　海马，是脑科学研究中最受关注的脑区之一。在人类大脑中，因其外形酷似海洋生物海马，因而得名。

　　海马区在学习记忆、空间认知和情绪处理等诸多高级脑功能中起着非常重要的作用，其异常和病变是癫痴、帕金森症和阿尔兹海默症等脑疾病的重要原因。

　　然而，以往对海马的研究绝大部分停留在群体神经元水平，对于单神经元的全脑投射模式并不清楚。

　　2024年2月2日凌晨，国际学术期刊《科学》在线发表了一项由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）领衔，与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合作完成的研究成果。该研究建立了目前世界上最大的小鼠海马单神经元全脑投射图谱数据集，相当于提供了一个研究“路线图”。

　　为了治疗癫痫，患者亨利·莫莱森在1953年被切除了海马区和周边部分颞叶组织。他在术后表现为短期记忆严重受损，而长期记忆却不受影响，并能保持正常的运动、学习能力。由此，海马与学习记忆相关功能的研究拉开了序幕。

　　上世纪70年代，约翰·欧基夫等首先在大鼠海马区发现了“位置细胞”（大脑中的空间定位系统），从此揭示了海马在空间信息表征和导航中的重要作用，后来因此获得2014年诺贝尔生理学与医学奖。

　　有意思的是，一项针对英国伦敦出租车司机的海马区的研究发现，其工作年限越长，海马区体积越大，这说明海马不仅参与空间导航，还具有结构可塑性。

　　如此种种，海马神经元正是通过广泛投射到全脑范围内不同下游脑区来参与不同的大脑功能，但人们对海马神经元的单细胞投射类型还知之甚少。

　　研究团队三维重构了上万个小鼠海马区单神经元的全脑投射轴突形态，开创性地将轴突投射路径与机器识别算法相结合，更加有效快捷地分析了小鼠海马神经元的341种主要投射模式的形态相似性，最终归纳总结出43种全脑投射细胞类型。

　　“我们发现了海马单神经元的投射新模式，过去以为只有一条‘阳关大道’，这次发现了一条‘捷径’，可以直接长程投射到其他脑区。”中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心研究员徐春说。

　　地段是房地产行业中最重要的因素，对于海马胞体而言，地段同样重要。研究人员发现其所处“地段”决定了与下游脑区的连接模式与连接强度。“比如，海马角1区存在双侧投射的神经元，且主要分布在背侧。”徐春说。

　　“海马单神经元的轴突直径只有头发丝的1/200，要看清楚每一个神经元长什么样子并不容易。”华中科技大学苏州脑空间信息研究院副院长龚辉说，他们为此研发了国际上唯一能够获取全脑单神经元精细形态的三维成像技术，分辨率达到亚微米级。

　　“我是学生物的，而海量的数据分析需要计算机的数学处理，此次学科交叉合作使我获益良多。”论文第一作者、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心博士生邱收说，当时为联合攻关团队特设了一个联合办公室，有什么不清楚的技术问题曲线拼接，现场就可咨询解决。

　　该研究构建的小鼠海马区单神经元的全脑介观投射图谱数据库已通过脑科学门户网站公开共享（）。中国科学院脑科学数据与计算中心开发了集可视化、交互和分析为一体的工具，并提供数据下载服务比例流量阀。

　　“这一研究未来会产生系列性的重大突破，比如，通过脑机接口帮助盲人产生空间感知能力。”临港实验室研究员李澄宇说。

　　谈及未来，中国科学院院士、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心学术主任蒲慕明说：“从小鼠大脑到猕猴大脑再到人类大脑，分别有两个数量级神经元的差异递进。要想真正理解人类大脑的功能，还有许多‘路’要走，此次研究提供的‘路线图’，是一个很好的起点滚子链。”