灵长类意识产生关键脑区屏状核的细胞与联接图谱成功绘制
中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心联合华大生命科学研究院、法国国家卫生与医学研究院干细胞与脑研究所、临港实验室、上海脑科学与类脑研究中心等，揭示了猕猴与啮齿类动物的屏状核结构、细胞类型和分布存在显著性差异。研究发现，猕猴屏状核按照皮层投射偏好可分为4个亚区，猕猴屏状核与小脑外所有皮层脑区和皮层下核团相连，是大脑的连接中枢。同时，屏状核内部在前后轴方向存在广泛联系。这一成果为灵长类意识的产生奠定了多模态信息整合的基础，并为探讨人类意识产生的进化机制提供了新的研究思路。
研究运用snRNA-seq技术对猕猴屏状核区域细胞进行转录组分类，并与周围脑区即大脑皮层、杏仁核、海马、基底节等端脑核团的细胞类型进行对比，发现猕猴屏状核神经元与大脑皮层尤其是岛叶皮层神经元类型更加接近。进一步，研究发现，大部分屏状核神经元与岛叶深层神经元更加类似，提示屏状核的主要功能可能与长程投射调控大脑其他脑区相关。
研究采用空间转录组技术破解猕猴屏状核的边界密码。研究发现，猕猴屏状核具有不同于周围脑区的特殊标记基因如SYNPR、NR4A2、NTNG2等，可精准勾勒屏状核的物理边界。研究在屏状核腹内侧发现了全新区域RBC。这一区域富含CPLX3、SULF1、CABP7等独特基因，并将屏状核与周边脑区背侧内嗅核隔开。猕猴屏状核的结构与啮齿类动物的屏状核不同，为剖析意识的进化机制提供了可能的重要线索。
研究采用逆向追踪技术绘制猕猴屏状核全脑介观联接图谱。研究在猕猴皮层和皮层下74个脑区注射示踪剂，发现屏状核内部不同部位神经元的皮层投射存在明显的偏好性，并据此将屏状核分为4个亚区。进一步，研究显示，屏状核与除小脑外所有皮层和皮层下脑区相连，是大脑中的连接中枢。研究发现，猕猴屏状核内部存在广泛的前后轴联接，为屏状核单个神经元整合多模态信息提供了直接支持，被认为是意识产生的关键。
研究利用Stereo-seq技术绘制猕猴屏状核各细胞类型的精细空间分布特征，并结合屏状核神经元投射信息，发现屏状核不同区域在兴奋性神经元的组成比例上存在差异。同时，同一个屏状核局部区域连接的皮层和皮层下核团常具有类似功能，如屏状核中下部连接ENTO脑区和海马。进而，研究将猕猴屏状核中富集的GNB4神经元与小鼠相应类型神经元进行比较发现，在猕猴屏状核中呈区域特异性分布的GNB4神经元为猕猴特有的细胞类型。 这表明，在进化过程中猕猴屏状核演化出灵长类特异的细胞类型分布在屏状核内特定区域并参与特定的大脑功能。
4月3日，相关研究成果以Single-cell spatial transcriptome atlas and whole-brain connectivity of the macaque claustrum为题，发表在《细胞》（Cell）上。研究工作得到国际大科学计划培育项目、科技创新-2030“脑科学与类脑研究”重大项目、上海市市级科技重大专项等的支持。
论文链接
人类意识被认为是科学前沿的未解难题之一。DNA双螺旋结构和中心法则的提出者Francis C Crick认为屏状核是意识产生的关键区域。
猕猴屏状核神经元转录组分类。（A）实验设计示意图；（B）屏状核与其他端脑典型核团的神经元类型组成；（C）屏状核神经元类型与岛叶神经元类型的对应情况。
猕猴屏状核精准边界确定及特征基因分子指纹。（A）猕猴屏状核与周围组织的特征性基因表达；（B）猕猴屏状核与其周围组织的边界示意图；（C）猕猴屏状核特异性基因表达谱。
猕猴屏状核的全脑介观联接图谱。（A）皮层平铺图展示注射位点，每个点表示一个注射位点；（B）投射到不同皮层脑区屏状核神经元的4种典型空间分布；（C）屏状核内部注射位点的分布；（D）大脑皮层脑区对屏状核的投射强度；（E）5个注射位点（C）在屏状核内标记神经元的空间分布。
猕猴屏状核细胞空间分布与全脑介观联接图谱
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