【东大新闻网12月2日电】（通讯员 刘裕峰）近日，东南大学脑科学与智能技术研究院（脑智院）、新基石科学实验室彭汉川教授课题组联合美国脑计划和中国类脑计划的多个科研团队，发布了迄今最大规模的哺乳动物多尺度神经形态学数据库之一。基于该数据库，研究了从厘米尺度到亚微米尺度的全脑神经元形态模式，揭示了神经形态的多样性与保守性，并证明了多尺度形态学数据在细胞分型和脑组织分析中的关键作用，为理解哺乳动物大脑功能提供了宝贵资源。相关成果以“全脑多尺度神经元形态多样性与保守性分析”（Neuronal Diversity and Stereotypy at Multiple Scales through Whole Brain Morphometry）为题，发表在Nature Communications杂志上。
神经元作为神经系统的基本单元，其形态（三维拓扑结构）对于大脑功能解析至关重要。尽管近年来在单细胞神经元形态学研究方面取得了重要进展，但对于复杂轴突结构以及神经元形态与脑结构之间的关系研究仍处于起步阶段。尤其是在神经元群体、个体神经元以及亚神经元结构等不同尺度形态的结构模式及其关联性研究上，仍面临数据与研究方法不足的挑战。
在该研究中，研究团队采集了三种不同模态的204个高分辨率小鼠全脑稀疏标记图像，总数据量达到数个PB。研究将所有脑图像数据配准到艾伦公共坐标框架（CCF）图谱，半自动标注了182,497个神经元细胞体，建立了15,441个树突微环境模型，重建了 1,876个神经元的完整形态，鉴定了每个神经元的树突和轴突保守子树，并检测了263万个潜在的突触前结构。
研究人员对神经元形态进行了多尺度分析，涵盖了神经元群体、树突微环境、单细胞完整形态、亚神经元树突与轴突子树、突触前结构以及亚神经元结构模体等，鉴定了每个尺度上的保守结构，并量化了其多样性。研究从CCF的314个解剖区域中识别出18个脑模块。通过整合多个邻域神经元的树突，树突微环境增强了单神经元树突特征的表征能力，有效区分了细胞类型及其潜在亚型。该研究还提出基于空间增强的形态特征将单神经元完整形态分类为四种新类别。研究进一步证实，同一皮质层内的神经元在形态上比不同脑区的神经元展现出更高的相似性。此外，研究人员分析了25个脑区内单个神经元的发散和聚合投射，并揭示了突触前结构在全脑空间分布的偏好性。
文章的第一作者为脑智院刘裕峰博士，彭汉川教授和刘力娟博士为通讯作者。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-54745-6
供稿：脑科学与智能技术研究院
（责任编辑：嵇宏 审核：李小男）
