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

2025-04-18

前言

駱清銘院士和龔輝教授帶領MOST團隊發明的顯微光學切片斷層成像系列技術（MOST/fMOST）作為介觀尺度最精準的三維完整器官成像技術，已在神經機制、腦疾病、心腦血管疾病以及藥理毒理等科學前沿領域研究中發揮重要作用，并帶動了相關標記技術和大數據處理和解析技術的發展。

以下內容轉載自腦智卓越中心公眾號：

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

發表時間：2025年4月9日

發表期刊：Neuron

研究團隊：中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心孫衍剛研究團隊

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，這些軀體感覺對我們的生存至關重要。軀體感覺信息通過外周神經傳遞至脊髓，進一步通過脊髓投射神經元這一"信息中轉站"上傳至大腦，形成我們對軀體感覺的感知。然而，這個看似簡單的過程背后，卻隱藏著極其復雜的神經聯接模式。

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

為回答上述問題，研究團隊創新性地結合了病毒示蹤和高分辨率成像和重構技術(fMOST)，就像給每個神經元安裝了微型追蹤器。團隊通過對脊髓神經元和腦內中繼神經元的完整追蹤，最終構建出了迄今為止最完整的體感神經"高清地圖"，該高分辨率的單神經元全腦投射譜的開放數據庫(https://mouse.digital-brain.cn/projectome/spcd），現已向全球開放。

研究團隊發現，脊髓中的信息傳遞系統展現出驚人的精密組織模式：在脊髓層面，團隊發現脊髓投射神經元可根據樹突形態特征分為15類，這些神經元通過特化的樹突結構從不同脊髓層面采集信息，形成了精確的信息輸入系統。同時，研究鑒定出19類投射神經元亞型，每一種亞型都具備獨特的投射模式，構成了多樣化的信息輸出網絡。在腦內中繼網絡方面，研究揭示了丘腦、臂旁核和中腦等關鍵節點如何分工協作，確保感覺信息的精準傳遞。丘腦通過三條主要通道分別處理感覺、運動和情感信息；臂旁核的中繼神經元中約14%具有跨半球通訊能力；上丘內中繼神經元則通過兩條平行通路分別參與定向行為和全身防御反應。這些發現為理解感覺信息處理提供了全新視角。

圖1：小鼠脊髓投射神經元與腦內中繼神經元單神經元全腦投射規律的圖示總結

本研究全面揭示了脊髓投射神經元與中樞中繼神經元的投射模式及組織聯接規律，發現神經元通過并行-發散-匯聚等投射模式構建信息高速公路，更鑒定出多種投射模式特異的神經元亞型，為理解疼痛、觸覺等感知覺神經機制提供了全新結構框架。研究團隊創建的開放數據庫已向全球科研人員免費開放，這將加速基礎和臨床研究相關領域的突破性發現，還將為人工智能的感知系統設計提供生物靈感。

論文

中國科學院腦智卓越中心博士生丁文群、宋薇、全腦介觀神經聯接圖譜研究平臺史曉雪與華中科技大學蘇州腦空間信息研究院豐釗為本文共同第一作者，中國科學院腦智卓越中心孫衍剛研究員、復旦大學腦科學轉化研究院/附屬華山醫院鄧娟研究員、中國科學院腦智卓越中心王曉飛和華中科技大學李安安教授為本文的共同通訊作者。該研究得到了國家科技創新2030重大專項、國家自然科學基金等項目資助。