华人学者构建新的大脑图谱

最近，南加州大学（USC）的科学家们，绘制了小鼠大脑的一个未知部分，可解释亨廷顿氏中和自闭症这类疾病中可能发生了哪些电路中断。研究结果发表在6月20日的《Nature Neuroscience》杂志。

　　

生物通报道：最近，南加州大学（USC）的科学家们，绘制了小鼠大脑的一个未知部分，可解释亨廷顿氏中和自闭症这类疾病中可能发生了哪些电路中断。

本文通讯作者、南加州大学Mark and Mary Stevens神经影像和信息学研究所的神经学副教授董宏伟（音译，Hong-Wei Dong）和他的同事们，在过去的十年里一直都在绘制小鼠大脑的路线图。他们最近的研究结果发表在6月20日的《Nature Neuroscience》杂志，研究了负责运动学习的那部分大脑（即背侧纹状体——它位于大脑的前部附近）的连接。

科学家向大约150只小鼠大脑结构中注入了荧光分子，并用高分辨率显微镜，在这些分子穿过大脑“细胞高速公路”的时候记录它们，“细胞高速公路”需要处于最佳状态，才能使大脑的不同部分进行沟通和协调行为。在以前未测量的背侧纹状体中，南加州大学研究人员确定了29个不同的区域，负责诸如眼球运动、口腔和面部动作以及疼痛信息处理这些事情。它们还位于协调复杂肢体动作的枢纽。

董宏伟博士说，帕金森症、强迫症、注意力缺陷多动障碍和许多其他运动障碍，都涉及到这部分大脑区域的连接。董博士实验室的研究人员，自始至终以同样的方式跟踪电路路径，可能会慢慢地解开这些谜团。

董博士说：“这项研究让研究人员进入到了下一个水平，帮助他们了解大脑电路是如何被中断的。以前，背侧纹状体是一个巨大的事情。就如同告诉别人来加州拜访你，他们应该怎么走？我们实际上是把范围缩了——我住在北好莱坞这个公寓。在未来，这将帮助人们真正了解某些特定疾病的通路。”

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亨廷顿氏舞蹈症的早期症状，包括眼球运动减缓或异常和口吃。董博士说，大多数病人经历了抑郁，并有精神问题，例如不合群和失眠。他的实验室已经把背侧纹状体进行了细分，所以科学家们可以更好地预测这个大脑结构中的问题区域，并将研究焦点集中在那里。

董博士说：“当然，人类和小鼠是不同的，但他们都是哺乳动物。最大的差异在于高级认知。所以我们可以使用小鼠大脑的组织，来理解人类的大脑是如何组织的。”

毕竟，大多数科学研究都始于小鼠的水平。理解小鼠大脑是至关重要的，并将可能促使开发新的药物和医学疗法。

进一步阐述基本的大脑图谱
大脑皮层是大脑的CEO；它通过与大脑结构（如背侧纹状体，被分成四个区域）的连接，调节着更高层次的功能，如运动学习和注意力。现在，南加州大学研究人员说，他们首次绘制了最全面的背侧纹状体和大脑皮层之间的关系图。

本文第一作者、USC Keck医学院神经影像实验室的助理教授Houri Hintiryan指出：“如果你有一个大的结构，你很难知道哪部分是问题区域。这项研究显示，这个大脑区域有29这个不同部分接受来自大脑皮层的信息。我们为寻求理解大脑的哪一部分做了什么，提供了结构基础。”

董博士说，大数据项目在小鼠连接组项目中是公开可用的，将有助于精密医学的飞跃。他的研究团队接下来将绘制海马体——情感、记忆和自主神经系统的中心。这个区域的详细图谱，可能会让阿尔茨海默病的研究更进一步。

董博士说：“根据我们的大脑图谱，研究人员可以寻找电路特异性的药物。现在我们提供了一个非常清晰的图谱，来帮助人们进行干细胞研究。他们知道将干细胞准确地放在哪里。”

董博士选择绘制小鼠大脑图谱，这样他的实验室就可以检测单个神经元和轴突，邻近神经元的门户。相比之下，人类的大脑看起来模糊，如果科学家得放大细节才能绘制它们的图谱。

许多南加州大学的科学家使用大数据，来找到棘手问题的答案，如阿尔茨海默氏症和创伤后应激障碍。事实上，南加州大学拥有Enhancing Neuro Imaging Genetics Through Meta Analysis (ENIGMA)网络，全球190个机构的合作。ENIGMA是世界上最大的脑成像项目。

在2014年，董宏伟博士带领的研究小组，在《细胞》（Cell）杂志上的一项新研究中，绘制出了一张小鼠全脑图谱，揭示了大脑皮质中数百条神经元通路。这一在线开放获取的交互式图像数据库：小鼠连接组项目（Human Connectome Project），为有兴趣研究整个大脑皮质网络构造和功能的研究人员提供了一个宝贵的资源。 相关阅读：华人学者Cell绘制小鼠大脑神经网络图。并入选了2014年Cell盘点最佳论文，相关新闻：Cell盘点2014最佳论文，多项华人成果入选。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
The mouse cortico-striatal projectome
Abstract: Different cortical areas are organized into distinct intracortical subnetworks. The manner in which descending pathways from the entire cortex interact subcortically as a network remains unclear. We developed an open-access comprehensive mesoscale mouse cortico-striatal projectome: a detailed connectivity projection map from the entire cerebral cortex to the dorsal striatum or caudoputamen (CP) in rodents. On the basis of these projections, we used new computational neuroanatomical tools to identify 29 distinct functional striatal domains. Furthermore, we characterized different cortico-striatal networks and how they reconfigure across the rostral–caudal extent of the CP. The workflow was also applied to select cortico-striatal connections in two different mouse models of disconnection syndromes to demonstrate its utility for characterizing circuitry-specific connectopathies. Together, our results provide the structural basis for studying the functional diversity of the dorsal striatum and disruptions of cortico-basal ganglia networks across a broad range of disorders.