突破神经科学的极限，BARseq绘制百万神经元规模的大脑图谱

　　

了解大脑不同区域之间的联系可以为阿尔茨海默氏症、精神分裂症和抑郁症等疾病提供更好的治疗选择。2019年，一种名为BARseq的技术被开发出来，通过脑细胞表达的基因识别它们，并追踪它们的神经回路，从而绘制出这些连接。这项技术最初能够使用RNA“条形码”绘制数千条通路，现在已经增强到可以绘制数百万个神经元。该研究已扩展到视觉皮层，调查神经通路中断时大脑功能如何变化，为大脑发育和功能提供更深入的见解。

研究人员开发并增强了BARseq，这是一种通过基因表达绘制脑细胞连接图谱的技术，旨在改善神经系统疾病的治疗。他们发现失明会改变视觉皮层基因的表达，目前正在进行的工作旨在扩大BARseq的能力，以了解大脑的连接和发育。

探索大脑不同区域如何相互作用可能会改善阿尔茨海默氏症、精神分裂症和抑郁症等疾病的治疗方法。

2019年，作为冷泉港实验室(CSHL)扎多尔实验室的博士后，Xiaoyin Chen帮助开发了一种绘制这些连接的技术。BARseq通过使用的基因来识别大脑中的细胞，并追踪连接的神经回路。早期版本的BARseq利用“条形码”或RNA的短片段，绘制了数千条神经通路上的基因表达图谱。

“我认为BARseq的地图有点像绘画辅助工具，”前CSHL博士后Xiaoyin Chen说。“所有这些小点组成了形状。实际上，你可以放大观察不同部位，区分不同的细胞类型。”

Chen现在是艾伦大脑研究所的助理研究员。他最近与CSHL教授Anthony Zador重聚，以升级BARseq的能力。BARseq现在可以绘制数百万个神经元，而不是成千上万个神经元。“我们专注于推动BARseq向前发展。我们想让每个人都能方便地使用，更快，更灵敏。我们能用它读出更多的信息吗?有了更大的规模，你就可以开始回答不同的问题了。”

基于BARseq的视觉皮层研究

研究小组从大脑的视觉皮层开始寻找答案。视觉是人类感知世界最常见的方式之一。信息从眼睛传递到视觉皮层进行处理。但是，当视觉皮层的神经侵入被切断或根本不形成时，大脑会发生什么呢?

Chen解释说:“人们早就知道，视觉输入对塑造大脑非常重要。但我们不知道，在BARseq提供的确切细胞类型分辨率下，实际发生了什么。”

该团队使用BARseq绘制了9只鼠的大脑图谱，并追踪了每只鼠视觉皮层中的基因表达。这是该技术第一次被用于绘制如此多的整个大脑。令人惊讶的是，研究小组发现，如果鼠失明，视觉皮层的基因开始看起来像邻近大脑皮层区域的基因。

“失去视力的影响非常广泛，”Chen解释说。“视觉皮层本身会发生变化。它和周围的区域变得更加相似。关于发育如何控制这种模式，还有很多问题。”

Chen现在正致力于进一步扩展BARseq的功能。他和他的团队正在使用这项技术来研究大脑发育中的连接是如何连接的，以及这些连接是如何进化的。

“了解皮层区域是如何建立的是理解这些联系的第一步，”他说。“但这还不够。我们仍然需要发现它们在开发过程中的进展情况。BARseq可以让我们更接近这个目标。”

“Whole-cortex in situ sequencing reveals input-dependent area identity” by Xiaoyin Chen, Stephan Fischer, Mara C. P. Rue, Aixin Zhang, Didhiti Mukherjee, Patrick O. Kanold, Jesse Gillis and Anthony M. Zador, 24 April 2024, Nature.