前額皮質(zhì)（PFC，prefrontal cortex）是哺乳動物大腦的重要組成部分，其主要參與決策制定、計(jì)劃、復(fù)雜的社會行為并能整合其他大腦區(qū)域的活動；盡管大量的神經(jīng)科學(xué)研究調(diào)查了這一關(guān)鍵大腦區(qū)域的功能和結(jié)構(gòu)，但關(guān)于其中神經(jīng)元的組織背后的機(jī)制，研究人員尚不清楚。近日，一篇發(fā)表在國際雜志Nature Neuroscience上題為“Single-neuron analysis of dendrites and axons reveals the network organization in mouse prefrontal cortex”的研究報(bào)告中，來自中國科學(xué)院等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們通過研究旨在更好地理解軸突（神經(jīng)元產(chǎn)生并傳遞脈沖的區(qū)域）和樹突（能接受來自其它神經(jīng)元的神經(jīng)元分支）是如何在PFC中進(jìn)行組織的，文章中，他們利用所開發(fā)的一種創(chuàng)新性工具繪制出了小鼠PFC中數(shù)千個(gè)樹突和軸突的圖譜。

研究者Jun Yan表示，此前的研究中，我們重建了小鼠PFC中超過6000個(gè)神經(jīng)元的完整軸突圖譜，而同樣的數(shù)據(jù)也包含著這些神經(jīng)元的樹突，由于樹突形態(tài)學(xué)在確定神經(jīng)元接受信息方式上扮演著重要角色，下一步我們將會進(jìn)一步研究來重建這些神經(jīng)元的樹突結(jié)構(gòu)并調(diào)查樹突和軸突之間的關(guān)聯(lián)。為了進(jìn)行新的分析，研究人員利用了此前收集的一部分?jǐn)?shù)據(jù)來進(jìn)行研究，同時(shí)還利用了其所開發(fā)的名為快速神經(jīng)突示蹤劑（FNT，fast neurite tracer）的工具進(jìn)行研究，其從本質(zhì)上來講是一種軟件工具，能通過3D圖形界面來追蹤數(shù)萬億字節(jié)的圖像信息。研究者表示，我們分析了此前追蹤軸突所獲得的相同數(shù)據(jù)，而本次研究我們選擇了大約2000個(gè)具有最佳樹突圖像質(zhì)量的神經(jīng)元來進(jìn)行完整的重建試驗(yàn)，隨后我們基于形態(tài)學(xué)特征對這些樹突進(jìn)行分類，并分析其與基于相同神經(jīng)元的軸突投影的分類之間的對應(yīng)關(guān)系。

中國科學(xué)家成功重建了小鼠大腦前額皮質(zhì)中成千上萬個(gè)樹突和軸突的圖譜。

圖片來源：Nature Neuroscience (2023). DOI:10.1038/s41593-023-01339-y

通過他們的分析，研究人員就能識別出1515張椎體投影神經(jīng)元和405個(gè)非典型的椎體投影神經(jīng)元或具有非常規(guī)軸突投影模式的多刺星狀神經(jīng)元；此外，研究者還收集了關(guān)于小鼠PFC中投射神經(jīng)元組織的新見解，并表明，這些神經(jīng)元能與同一列和其它列的神經(jīng)元以及其它大腦區(qū)域中的神經(jīng)元相互交流，從而促使神經(jīng)信息以一種特定的方式在PFC中流動。Yan說道，我們識別出了樹突形態(tài)和軸突投射之間的共同和不同特征，同時(shí)我們的研究還有兩個(gè)關(guān)鍵含義，首先其表明了一個(gè)更為全面的神經(jīng)元分類應(yīng)該考慮樹突和軸突的特征，其次，樹突和軸突的可用性或能促使研究人員更好地重建一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

研究人員最近的研究發(fā)現(xiàn)能更為詳細(xì)地提供小鼠PFC中軸突和樹突的重建信息，或能指導(dǎo)未來的神經(jīng)科學(xué)研究和理論預(yù)測，反過來還能改善科學(xué)家們對包括人類在內(nèi)的所有哺乳動物機(jī)體中PFC的理解，并有望開發(fā)出新型復(fù)雜的大腦啟發(fā)計(jì)算工具。下一步研究人員將會驗(yàn)證從樹突和軸突所重建的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功能，比如，這種PFC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是否能告訴研究人員用于人工智能的新型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)？綜上，本文研究為PFC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的重建和深入分析提供了一種全面的結(jié)構(gòu)譜。（生物谷Bioon.com）

原始出處：

Gao, L., Liu, S., Wang, Y. et al. Single-neuron analysis of dendrites and axons reveals the network organization in mouse prefrontal cortex. Nat Neurosci 26, 1111–1126 (2023). doi：10.1038/s41593-023-01339-y