【東大新聞網12月2日電】（通訊員 劉裕峰）近日，東南大學腦科學與智能技術研究院（腦智院）、新基石科學實驗室彭漢川教授課題組聯合美國腦計劃和中國類腦計劃的多個科研團隊，發布了迄今最大規模的哺乳動物多尺度神經形態學數據庫之一。基于該數據庫，研究了從厘米尺度到亞微米尺度的全腦神經元形態模式，揭示了神經形態的多樣性與保守性，并證明了多尺度形態學數據在細胞分型和腦組織分析中的關鍵作用，為理解哺乳動物大腦功能提供了寶貴資源。相關成果以“全腦多尺度神經元形態多樣性與保守性分析”（Neuronal Diversity and Stereotypy at Multiple Scales through Whole Brain Morphometry）為題，發表在Nature Communications雜志上。

神經元作為神經系統的基本單元，其形態（三維拓撲結構）對于大腦功能解析至關重要。盡管近年來在單細胞神經元形態學研究方面取得了重要進展，但對于復雜軸突結構以及神經元形態與腦結構之間的關系研究仍處于起步階段。尤其是在神經元群體、個體神經元以及亞神經元結構等不同尺度形態的結構模式及其關聯性研究上，仍面臨數據與研究方法不足的挑戰。

在該研究中，研究團隊采集了三種不同模態的204個高分辨率小鼠全腦稀疏標記圖像，總數據量達到數個PB。研究將所有腦圖像數據配準到艾倫公共坐標框架（CCF）圖譜，半自動標注了182,497個神經元細胞體，建立了15,441個樹突微環境模型，重建了 1,876個神經元的完整形態，鑒定了每個神經元的樹突和軸突保守子樹，并檢測了263萬個潛在的突觸前結構。

研究人員對神經元形態進行了多尺度分析，涵蓋了神經元群體、樹突微環境、單細胞完整形態、亞神經元樹突與軸突子樹、突觸前結構以及亞神經元結構模體等，鑒定了每個尺度上的保守結構，并量化了其多樣性。研究從CCF的314個解剖區域中識別出18個腦模塊。通過整合多個鄰域神經元的樹突，樹突微環境增強了單神經元樹突特征的表征能力，有效區分了細胞類型及其潛在亞型。該研究還提出基于空間增強的形態特征將單神經元完整形態分類為四種新類別。研究進一步證實，同一皮質層內的神經元在形態上比不同腦區的神經元展現出更高的相似性。此外，研究人員分析了25個腦區內單個神經元的發散和聚合投射，并揭示了突觸前結構在全腦空間分布的偏好性。

文章的第一作者為腦智院劉裕峰博士，彭漢川教授和劉力娟博士為通訊作者。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-54745-6

供稿：腦科學與智能技術研究院

（責任編輯：嵇宏 審核：李小男）