國際腦科學團隊解析小鼠大腦詳細圖譜

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 國際腦科學計劃-細胞普查聯盟（BICCN）近日發表了迄今為止最全面詳細的小鼠完整大腦細胞類型的特性描述和分類，對大腦的結構和組織以及單個腦細胞和神經回路的功能提供了見解，也為進一步研究哺乳動物大腦的發育和演化提供了一項工具，包括不同類型細胞的組織可能如何造成神經系統疾病。這一系列研究發表于《自然》。

哺乳動物大腦復雜多樣的活動受高度特化的神經回路控制，這些回路由功能特性各異的眾多細胞類型組成。為了理解大腦的運作，需要詳細了解腦的細胞類型及回路的組織和功能。過去探測大腦的工作受限于選定區域，BICCN的研究提供了對整個小鼠大腦的詳細調查。

在旗艦論文中，美國艾倫腦科學研究所的曾紅葵與合作者描述了如何從結合了約400萬細胞的單細胞RNA測序和約430萬細胞的空間轉錄組學數據中創建出這一高分辨率圖譜。他們提出了一個四級分類的圖譜：34類、338個亞類、1201個超型、5322個細胞群。研究表明了不同腦區細胞類型組織的獨特特征，其中背側區域含有細胞類型較少，但多樣性較高，而腹側含有大量彼此更為緊密關聯的神經元類型。轉錄因子在決定整個大腦細胞類型分類中的作用得到了確認。

在另一篇論文中，索爾克生物學研究所的Joseph Ecker與合作者比較了人類、獼猴、狨猴和小鼠初級運動皮層的基因調控。他們發現了與多發性硬化、厭食和煙癮相關的遺傳變異中的保守特征。這些發現表明了大腦圖譜的價值，可用于識別造成神經系統疾病和特性的遺傳變異。這一系列中的其他論文識別了影響特化細胞功能的細胞特異性遺傳特征，或探索了大腦不同部分細胞類型如何形成聯系。

此次研究共含9篇論文，在同期發表的新聞觀點文章中，哥倫比亞大學的Maria Antonietta Tosches表示，細胞類型圖譜的重要性不僅在于在細胞尺度上理解大腦結構，也在于對大腦演化做出準確推斷。澳大利亞紐卡斯爾大學的Heather Lee也表示，相關研究為神經生物學和神經系統疾病的許多重要發現奠定了堅實基礎。

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研究人員分析了單個小鼠大腦的101個slide-seq切片，從而深入全面了解整個大腦的細胞類型。這張可視化圖中切片被堆疊在一起，以說明小鼠大腦已知主要區域的覆蓋情況，不同區域以不同顏色標出。圖片來自：Macosko&Chen實驗室

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通過單核分析將數百萬個細胞分成近5000種細胞類型（左），然后映射到slide-seq空間數據集上（右）。圖片來自：Macosko&Chen實驗室

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左上-基于解剖腦區的小鼠大腦的3D效果圖；左下-不同腦區標志為不同顏色的小鼠大腦3D效果圖；右上右下-小鼠大腦的垂直切片，不同顏色代表不同細胞類型，圓圈代表根據表觀基因組分析在小鼠大腦中發現的細胞類型的數量和多樣性。圖片來自：索爾克研究所

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06800-3