【東大新聞網(wǎng)10月9日電】（通訊員 丁莉雅 劉力娟）10月6日，國(guó)際頂級(jí)刊物《Nature》主刊在線發(fā)表文章“Morphological diversity of single neurons in molecularly defined cell types”（分子定義細(xì)胞類型中單個(gè)神經(jīng)元的形態(tài)多樣性）。該研究工作由東南大學(xué)腦科學(xué)與智能技術(shù)研究院教授彭漢川、生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授謝維和生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院顧忠澤教授團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合美國(guó)艾倫腦科學(xué)研究所及國(guó)內(nèi)外多家單位合作，共同研究腦圖譜以及全腦神經(jīng)元的形態(tài)多樣性。彭漢川教授團(tuán)隊(duì)為第一作者，彭漢川與艾倫腦科學(xué)研究所曾紅葵教授為共同通訊作者。
神經(jīng)元-大腦行使功能的基本單位，其3D結(jié)構(gòu)特征不僅揭示神經(jīng)信號(hào)的流動(dòng)從而反應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接，而且是鑒定細(xì)胞類別的重要參數(shù)。全腦神經(jīng)元的解析是腦科學(xué)研究的重要方向。小鼠是研究腦科學(xué)的重要模式動(dòng)物，其大腦擁有上億個(gè)神經(jīng)元，全腦神經(jīng)元結(jié)構(gòu)龐大，如某些鼠腦皮層細(xì)胞可跨越至另一半球，且分枝繁多，總長(zhǎng)度可達(dá)40cm左右；神經(jīng)元分枝間的交錯(cuò)以及標(biāo)記信號(hào)的微弱，綜上等因素都使快速準(zhǔn)確重建神經(jīng)元十分困難。
如何高通量的重建全腦神經(jīng)元一直是瓶頸，導(dǎo)致科學(xué)家們對(duì)其多樣性的了解仍是有限的。本研究建立了一套完整的平臺(tái)包括神經(jīng)元的稀疏標(biāo)記，全腦成像，高通量神經(jīng)元重建，配準(zhǔn)以及分析，并基于此平臺(tái)生產(chǎn)了目前世界上數(shù)目最大的1741單細(xì)胞神經(jīng)元數(shù)據(jù)集。神經(jīng)元的稀疏標(biāo)記由艾倫腦科學(xué)研究所曾紅葵團(tuán)隊(duì)完成并交由華中科技大學(xué)駱清銘教授（現(xiàn)海南大學(xué)）和龔輝教授團(tuán)隊(duì)提供fMOST神經(jīng)元成像，東南大學(xué)負(fù)責(zé)所有數(shù)據(jù)管理、計(jì)算和分析。部分工作中，高通量神經(jīng)元的重建與分析應(yīng)用了東大腦智院和上海大學(xué)王宜敏博士團(tuán)隊(duì)合作研發(fā)的三維可視化平臺(tái)Vaa3D-TeraVR，神經(jīng)元重建流程以及圖像配準(zhǔn)算法mBrainAligner由東大腦智院和安徽大學(xué)屈磊教授團(tuán)隊(duì)合作研發(fā)（fig.1）。多家單位包括東南大學(xué)、美國(guó)艾倫研究所、中國(guó)溫州醫(yī)科大學(xué)、騰訊公司等都參與了數(shù)據(jù)大規(guī)模生產(chǎn)和質(zhì)量控制。
Fig1,腦科學(xué)中心自主研發(fā)的全腦神經(jīng)元重建以及分析平臺(tái)
文章報(bào)道了目前全世界最大的1741鼠腦神經(jīng)元數(shù)據(jù)集，包含來自皮層，屏狀核，紋狀體和丘腦等腦區(qū)神經(jīng)元。本文鑒定了：11種主要的投射神經(jīng)元類型，它們具有不同的形態(tài)學(xué)特征和相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄組特征；主要類型內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了豐富的神經(jīng)元投射類型，可以聚類成更精細(xì)的子類型。神經(jīng)元的多樣性符合多水平調(diào)控長(zhǎng)程投射的規(guī)則，包括分子水平、發(fā)散或收斂投射模式、軸突末端模式、腦區(qū)特異性、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和單細(xì)胞差異性。
單細(xì)胞多樣性與轉(zhuǎn)錄組譜水平定義的亞型細(xì)胞類別沒有明確的相關(guān)性，突出了單細(xì)胞水平交叉模式研究的重要性。單細(xì)胞形態(tài)多樣性的優(yōu)勢(shì)揭示了神經(jīng)細(xì)胞類別的豐富，也反映了單個(gè)神經(jīng)元各自在功能環(huán)路中的獨(dú)特功能，因此我們的研究有力的證明了量化的完整單細(xì)胞解剖學(xué)分析對(duì)神經(jīng)細(xì)胞類型鑒定是至關(guān)重要的（fig.2）。
Fig.2 單細(xì)胞的投射多樣性
此外，在《Nature》同期發(fā)表的兩篇文章 “A multimodal cell census and atlas of the mammalian primary motor cortex（哺乳動(dòng)物初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層的多模式細(xì)胞普查和圖譜）”，“Cellular anatomy of the mouse primary motor cortex（小鼠初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層的細(xì)胞解剖）”，彭漢川團(tuán)隊(duì)都為腦神經(jīng)元重建與數(shù)據(jù)智能分析做出了重要貢獻(xiàn)，為文章的共同作者。
