1月23日，國際學術期刊Advanced Science在線發表了中國科學院上海營養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"。該研究通過對獼猴大腦皮層的空間轉錄組進行系統分析，揭示靈長類大腦皮層內神經元組織分布的高度非隨機性和相關規律，為深入理解靈長類大腦皮層的組織原則提供嶄新的科學視角。
近年來，單細胞測序技術為探索大腦中單個細胞的狀態和基因表達譜提供了前所未有的機會，助力科學家深入解析細胞分類、特性及其潛在生理功能。在過去十余年的研究中，大規模組學方法不斷升級，從早期的微陣列技術發展到單細胞測序，覆蓋了多個物種和不同發育階段的皮層研究，取得了小鼠大腦皮層的空間分布及復雜的細胞交互等許多有意思的發現。然而，有關靈長類動物神經元空間分布規律方面的研究，仍處于初步階段。
研究團隊分析了獼猴大腦皮層的超過2500萬神經元細胞，系統揭示了這些神經元在不同皮層層內的精細空間組織特征。結果顯示，神經元分布呈現出高度非隨機性，形成了大量神經元簇——其中超過四分之三的神經元都集中在這些空間簇內。進一步的分析表明，這些神經元簇具有獨特的細胞類型組成，并展示了抑制性和興奮性神經元簇之間典型的空間耦合交互作用。有意思的是，這些分布規律在小鼠皮層中也是保守的，暗示了它們在腦進化中的重要性。此外，研究還發現神經元簇的分布與大腦特定功能區域顯著關聯。
這一研究成果為理解靈長類大腦皮層在神經元群體水平上的細胞類型利用機制提供了重要見解，揭示了靈長類大腦微觀組織的共同原則，也為揭示大腦皮層的計算架構提供了關鍵線索。
中國科學院上海營養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學大數據中心馬良宵工程師的大力幫助，同時得到了國家自然科學基金的支持。
圖：神經元細胞在靈長類大腦皮層中的分布顯示出高度非隨機的特征。研究團隊通過分析獼猴大腦皮層神經元細胞的空間分布，發現其在皮層中形成了如左上圖所示的大量神經元簇，這些簇并不局限于單一腦區，而是跨越多個腦區分布，體現了復雜的區域間聯結性。同時，如右上所示，不同的神經元簇之間還表現出明顯的伙伴關系結構，形成了復雜的網絡連接，此外，如右下圖所示，神經元簇的分布與大腦特定功能區域顯著關聯。
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https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202411041
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