营养与健康所王光中研究组揭示单细胞水平上灵长类大脑皮层的微观组织原理

　　

1月23日，国际学术期刊Advanced Science在线发表了中国科学院上海营养与健康研究所王光中研究组的研究论文"Organizational principles of the primate cerebral cortex at the single-cell level"。该研究通过对猕猴大脑皮层的空间转录组进行系统分析，揭示灵长类大脑皮层内神经元组织分布的高度非随机性和相关规律，为深入理解灵长类大脑皮层的组织原则提供崭新的科学视角。

近年来，单细胞测序技术为探索大脑中单个细胞的状态和基因表达谱提供了前所未有的机会，助力科学家深入解析细胞分类、特性及其潜在生理功能。在过去十余年的研究中，大规模组学方法不断升级，从早期的微阵列技术发展到单细胞测序，覆盖了多个物种和不同发育阶段的皮层研究，取得了小鼠大脑皮层的空间分布及复杂的细胞交互等许多有意思的发现。然而，有关灵长类动物神经元空间分布规律方面的研究，仍处于初步阶段。

研究团队分析了猕猴大脑皮层的超过2500万神经元细胞，系统揭示了这些神经元在不同皮层层内的精细空间组织特征。结果显示，神经元分布呈现出高度非随机性，形成了大量神经元簇——其中超过四分之三的神经元都集中在这些空间簇内。进一步的分析表明，这些神经元簇具有独特的细胞类型组成，并展示了抑制性和兴奋性神经元簇之间典型的空间耦合交互作用。有意思的是，这些分布规律在小鼠皮层中也是保守的，暗示了它们在脑进化中的重要性。此外，研究还发现神经元簇的分布与大脑特定功能区域显著关联。

这一研究成果为理解灵长类大脑皮层在神经元群体水平上的细胞类型利用机制提供了重要见解，揭示了灵长类大脑微观组织的共同原则，也为揭示大脑皮层的计算架构提供了关键线索。

中国科学院上海营养与健康研究所博士研究生陈仁瑞为文章的第一作者，王光中研究员为通讯作者。该研究得到了研究所生物医学大数据中心马良宵工程师的大力帮助，同时得到了国家自然科学基金的支持。

图：神经元细胞在灵长类大脑皮层中的分布显示出高度非随机的特征。研究团队通过分析猕猴大脑皮层神经元细胞的空间分布，发现其在皮层中形成了如左上图所示的大量神经元簇，这些簇并不局限于单一脑区，而是跨越多个脑区分布，体现了复杂的区域间联结性。同时，如右上所示，不同的神经元簇之间还表现出明显的伙伴关系结构，形成了复杂的网络连接，此外，如右下图所示，神经元簇的分布与大脑特定功能区域显著关联。

文章链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202411041