《Neuroscience Bulletin》：A Brain-wide Neuronal Spiking and Behavioral Dataset for Working Memory-specific Activation and Reactivation in Mice
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毫秒尺度的神经活动如何介导工作记忆等多秒行为？该数据集提供了从40只头固定小鼠执行嗅觉延迟配对关联任务（Olfactory Delayed Paired-Association, ODPA）中记录的全脑、高时空分辨率、单单元锋电位活动数据，涵盖62个解剖定义脑
毫秒尺度的神经活动如何介导工作记忆等多秒行为？该数据集提供了从40只头固定小鼠执行嗅觉延迟配对关联任务（Olfactory Delayed Paired-Association, ODPA）中记录的全脑、高时空分辨率、单单元锋电位活动数据，涵盖62个解剖定义脑区中的33,028个神经元。该数据集支持毫秒级分析区域内和跨区域锋电位耦合，这些耦合在记忆内容选择性神经元中富集。这些耦合可用于识别高阶、分层结构的活动基序。由于这些多神经元模式既在主动任务执行期间也在自发试次间间隔期被捕获，该数据集为研究重放相关活动以及检验感知工作记忆相关回路过程假说提供了资源。该数据集支持对工作记忆回路中跨区域锋电位组织、功能耦合和时间编码的广泛研究。
论文解读：面向工作记忆激活与再激活的小鼠全脑神经元放电与行为数据集
**研究背景**：大脑活动跨越从毫秒级锋电位到秒级行为（如工作记忆）的多个时间尺度。工作记忆是连接感知与行动的基础认知功能，延迟期活动被认为是维持任务相关信息的关键机制。系统神经科学的核心开放问题是：毫秒级锋电位事件如何跨脑区组织以支持秒级行为？已有理论模型包括细胞组装假说、吸引子网络理论、同步链模型和群体轨迹动力学，但缺乏全脑尺度的高时空分辨率数据进行直接验证。此外，工作记忆表征是否仅在任务需求时触发，还是会在间隔期自发重放，仍不清楚。为回答这些问题，研究人员构建了一个覆盖全脑、包含单单元放电与行为事件的数据集。
**研究内容与意义**：该数据集记录了40只头固定小鼠执行嗅觉延迟配对关联（ODPA）任务时的神经活动，包含33,028个神经元，覆盖62个解剖定义脑区（按艾伦小鼠脑公共坐标框架第3版（CCFv3）第7级注释）。数据支持毫秒级分析脑区内和跨脑区的锋电位耦合，这种耦合在记忆内容选择性神经元中富集，可用于识别高阶分层活动基序。由于多神经元模式在主动任务和自发间隔期均被采集，该数据集为研究重放相关活动、检验感知工作记忆的回路机制提供了重要资源，并支持跨区域锋电位组织、功能耦合和时间编码研究。
**关键方法**：样本来自中国科学院上海实验动物中心（SLAC）的40只成年雄性C57BL/6J小鼠（8–12周龄，20–30克）。行为训练采用变延迟（3秒或6秒）ODPA任务，熟练标准为连续40试次中正确率≥75%。电生理记录使用Neuropixels 1.0探针，采样率30 kHz；尖峰分拣采用Kilosort2自动化质量指标（污染率≤10%、不应期显著、平均放电率≥1 Hz）。组织学通过荧光亲脂染料示踪探针轨迹，并配准至CCFv3。数据以Neurodata Without Borders（NWB）格式存储，共116个会话、223次探针插入，全部数据公开于Science Data Bank（DOI：10.57760/sciencedb.nb.00013）。
**研究结果**：
- **背景与总结**：数据集提供广泛脑区覆盖，其中34个脑区各含>100个神经元。其独特价值在于同时记录任务相关活动基序和间隔期自发放电模式，可用于约束工作记忆的计算模型，研究重放与可塑性，并为类脑智能架构开发提供实证基础。
- **数据记录**：主发布包含116个NWB文件，存储尖峰时间、质量控制指标、脑区注释、行为事件标记及预处理后的刺激时间直方图（PSTH）放电率。文件遵循BIDS式命名规则，符合NWB 2.9.0核心模式，可通过PyNWB或MatNWB读取。
- **数据生成方法与过程**：实验采用定制嗅觉计控制气味刺激和水奖励，通过红外光束检测舔舐行为。ODPA任务中，样本气味（S1或S2）呈现1秒，经3或6秒延迟后呈现测试气味（T1或T2），小鼠需在反应窗口内舔舐以获得奖励。神经记录在任务熟练后进行，探针植入位置经立体定位规划，记录前后各采集10分钟基线活动。尖峰分拣采用Kilosort2，并通过荧光染料重建轨迹，进一步将每个单单元映射至CCFv3坐标和多层级脑区标签（第3–8级）。
- **数据质量**：行为数据仅纳入熟练期窗口，保证任务表现稳定性。神经元分拣质量通过污染率、不应期违反和平均放电率三重标准自动筛选，排除人工主观偏差。组织学注册采用每切片约10个解剖地标进行非线性配准，对无法明确重建轨迹的单元不赋予区域标签，但仍保留在数据集中供全脑时间动态分析使用。
- **数据使用方法与建议**：提供四个演示脚本：Demo 1示例单单元神经元的栅格图和PSTH绘制；Demo 2用于识别记忆内容选择性神经元（延迟期对两种样本气味放电率有显著差异的细胞）并统计区域分布；Demo 3检测尖峰耦合（耦合尖峰对延迟<10 ms）并计算互相关图；Demo 4在CCFv3模板上叠加单元解剖位置。用户可根据分析需求，通过附带的质量指标（如presence_ratio、amplitude_cutoff、isi_violations等）进行自定义过滤。
**讨论与结论**：该数据集填补了全脑尺度下同时记录工作记忆任务相关活动与自发重放活动的空白。它为测试细胞组装、吸引子网络等理论提供了高精度数据约束，也支持跨区域耦合、时序编码和重放机制的研究。结论翻译如下：该数据集提供了来自40只小鼠执行嗅觉工作记忆任务的全脑单单元放电和行为数据，涵盖116个会话、223次Neuropixels探针插入中的33,028个神经元和62个脑区。该数据集支持在延迟期和间隔期分析从尖峰耦合到高阶活动基序的跨区域活动模式。作为一个全面的开放访问资源，该数据集能够研究毫秒级放电活动与秒级工作记忆行为之间的关联，并为计算建模、神经回路分析和类脑算法开发提供实证基础。
