發(fā)布時(shí)間：2024-05-28
????2024年5月27日，《Neuroscience Bulletin》期刊在線(xiàn)發(fā)表題為《小鼠眶額葉皮層特定類(lèi)型神經(jīng)元的全腦輸入和輸出圖譜》的研究論文，該研究由中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng )新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）、神經(jīng)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室、腦認知與類(lèi)腦智能重點(diǎn)實(shí)驗室、上海腦科學(xué)與類(lèi)腦研究中心姚海珊研究組完成。該研究解析了投射特異性的眶額葉皮層神經(jīng)元的全腦輸入以及眶額葉皮層神經(jīng)元下游抑制性神經(jīng)元的全腦分布。
????眶額葉皮層（Orbitofrontal cortex或Orbital area,?ORB）在獎勵信息處理、情緒信息處理、抉擇和靈活行為中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在人類(lèi)患者中，ORB功能障礙與抑郁癥、強迫癥以及物質(zhì)使用障礙等精神和神經(jīng)系統疾病有關(guān)。ORB與皮層、丘腦、杏仁核、紋狀體和中腦等腦區有廣泛的連接。不同的投射特異性ORB神經(jīng)元及其參與的環(huán)路，在刺激-獎勵關(guān)聯(lián)、決策制定和靈活行為等方面展現出多樣的功能。然而，投射特異性ORB神經(jīng)元的全腦輸入分布還不清楚。
????除了向不同的下游腦區投射，ORB神經(jīng)元也可以根據其亞區位置進(jìn)行分類(lèi)，包括外側、內側和腹外側ORB神經(jīng)元。不同的ORB亞區具有功能異質(zhì)性。此外，特定ORB亞區的神經(jīng)元能夠與下游腦區的抑制性神經(jīng)元形成突觸連接，從而調控下游腦區的信息處理。但是，ORB神經(jīng)元靶向的特定類(lèi)型抑制性神經(jīng)元的全腦分布還有待研究。
????研究人員利用逆行病毒AAVretro-Cre標記投射特異性的ORB神經(jīng)元，并在ORB注射改造過(guò)的狂犬病毒和Cre依賴(lài)的輔助病毒，繪制了五種投射特異性ORB神經(jīng)元的全腦輸入。這五種類(lèi)型的ORB神經(jīng)元分別投向次級運動(dòng)皮層（Secondary motor area, MOs）、初級視皮層（Primary visual area，VISp）、基底外側杏仁核（Basolateral amygdalar nucleus，BLA）、紋狀體的尾殼核（Caudoputamen，CP）以及中腦的腹側被蓋區（Ventral tegmental area，VTA）。發(fā)現不同的投射特異性ORB神經(jīng)元都接受來(lái)自皮層和丘腦的輸入。在軀體運動(dòng)區（Somatomotor areas, MO）、前扣帶區（Anterior cingulate area, ACA）和丘腦背內側核（Mediodorsal nucleus of thalamus, MD）等腦區中，輸入細胞的百分比在不同投射類(lèi)型的ORB神經(jīng)元中表現出明顯差異。研究人員還選取了輸入腦區MD進(jìn)行功能連接的實(shí)驗。發(fā)現激活MD投往ORB的軸突末梢可以使大部分投向CP的ORB神經(jīng)元產(chǎn)生興奮性突觸后電流（圖 1）。
圖 1 投射特異性ORB神經(jīng)元的全腦輸入。A?五種投射特異性ORB神經(jīng)元的全腦輸入分布。B?五種投射特異性ORB神經(jīng)元在不同丘腦區域的輸入細胞分布。C?大部分投向CP的ORB神經(jīng)元接受MD的功能性輸入。
????研究人員進(jìn)一步使用PV-Cre或SST-Cre小鼠，分別在每個(gè)ORB亞區注射順行跨突觸病毒scAAV1-FLEX-EGFP，研究了ORB神經(jīng)元下游的表達小清蛋白（Parvalbumin, PV）或生長(cháng)激素抑制素（Somatostatin, SST）的神經(jīng)元的全腦分布。發(fā)現ORB順行跨突觸標記的PV或SST神經(jīng)元廣泛分布于皮層、紋狀體、蒼白球和丘腦等腦區。在包括軀體感覺(jué)區（Somatosensory areas, SS）和丘腦網(wǎng)狀核（Reticular nucleus of the thalamus，RT）在內的腦區中，不同ORB亞區下游標記的PV或SST神經(jīng)元比例存在顯著(zhù)差異。研究人員也選取了輸出腦區RT進(jìn)行腦片電生理實(shí)驗，發(fā)現ORB神經(jīng)元與RT的PV或SST神經(jīng)元之間存在功能連接（圖 2）。
圖 2 ORB神經(jīng)元下游的特定類(lèi)型抑制性神經(jīng)元的全腦分布。A?特定ORB亞區下游的PV或SST神經(jīng)元的全腦分布。B?ORB神經(jīng)元與RT的PV或SST神經(jīng)元存在功能連接。
???綜上所述，該研究解析了投射特異性ORB神經(jīng)元的全腦輸入以及ORB特定亞區神經(jīng)元下游的抑制性神經(jīng)元分布，為進(jìn)一步探究ORB的功能提供了解剖學(xué)基礎。
????該研究在姚海珊研究員的指導下完成，姚海珊組的研究生張毅杰和許曉鴻組的張?chǎng)└毖芯繂T是共同第一作者，徐敏組的王麗昭對圖譜數據分析做出了重要貢獻，姚海珊組的劉德陳、謝濤嶸和樂(lè )子薇也積極參與，腦智卓越中心的徐敏研究員和許曉鴻研究員以及華中科技大學(xué)蘇州腦空間信息研究院的龔輝教授和李向寧教授提供了重要的幫助。該研究得到科技部、國家自然科學(xué)基金委員會(huì )、臨港實(shí)驗室、中國科學(xué)院和上海市的資助。
附件下載： 
