腦空間信息學團隊

團隊介紹：

團隊圍繞當前腦科學與類腦智能的重大需求，面向高級認知功能的神經環路原理解析、腦重大疾病的診斷和治療、腦機接口和類腦計算等關鍵科學問題開展研究。緻力于1）研發基于形态和組學空間信息的細胞分型全腦測繪系統，使用最接近人類的非人靈長類等動物模型，在單細胞分辨率水平繪制具有神經元類型特異性的全腦聯結圖譜；2）開展大腦類器官疾病模型及應用系統、大腦類器官臨床替代應用示範系統、類腦智能混合系統等研發，為臨床腦疾病診治和個性化醫療提供科學基礎和技術示範；3）利用時空域精準的腦電信号記錄來捕捉神經元網絡層面的動态機制，對腦功能結構及腦疾病病理進行更深層次的诠釋，推動類腦智能的發展。

科研工作展示：

團隊提出了全腦定位系統（Brain-wide Positioning System，BPS）的全自動顯微成像方法，可以在單細胞水平解析和定位全腦神經形态，為研究者提供了一種精準分析介觀尺度甚至微觀尺度神經解剖結構的工具。該方法主要包括兩種新技術：在全腦成像的同時進行細胞構築的實時染色；具有寬場大容積層析成像特點的高通量多通道全腦顯微成像系統。這一方法有望加速未來細胞水平的腦連接圖譜研究，實現從二維圖譜向精準個性化的三維圖譜發展，将助力細胞類型、環路連接等方面的研究。該項研究成果在《自然·通訊》（Nature Communications）學術期刊上發表。

圖1. 全腦定位系統基本原理。(a) 數據采集流程，(b)細胞實時染色示意圖

圖2. Thy1-GFP M系小鼠全腦雙色成像圖（包含GFP标記的神經元和PI染色的細胞結構）

圖3. Thy1-GFP M系小鼠barrel腦區錐體神經元的定位與重建結果

團隊在《自然神經科學》（Nature Neuroscience）學術期刊上發表了題為“A whole-brain map of long-range inputs to GABAergic interneurons in the mouse medial prefrontal cortex”的文章，詳細描繪了小鼠内側前額葉皮層γ-氨基丁酸（GABA）能神經元長程輸入環路的全腦圖譜。團隊采用自主研發的熒光顯微光學切片斷層成像技術(fluorescent micro-optical sectioning tomography, fMOST)，結合逆行跨一級病毒示蹤方法，建立了迄今最詳盡的小鼠内側前額葉特定類型神經元的全腦長程輸入圖譜。該圖譜不僅包括内側前額葉特定類型神經元的上遊輸入神經元的分布（在哪兒），還包括了這些輸入神經元的遞質類型和形态特征（長什麼樣）、以及共投射腦區信息等（和誰聯系）等。該圖譜為研究和模拟内側前額葉所在環路的功能奠定了單細胞分辨的解剖學基礎，基于靶向腦區及共投射腦區的分類方法，也為環路的組織模式和神經元分類研究開拓了新的思路。

圖4 使用fMOST技術結合RV病毒逆行示蹤法，解析内側前額葉不同GABA能神經元的輸入神經元的全腦分布、上遊輸入神經元新類型和新環路

圖5海馬錐體神經元直接輸入到mPFC中GABA能神經元的形态學特征展示