【東大新聞網10月9日電】（通訊員 丁莉雅 劉力娟）10月6日，國際頂級刊物《Nature》主刊在線發表文章“Morphological diversity of single neurons in molecularly defined cell types”（分子定義細胞類型中單個神經元的形态多樣性）。該研究工作由bet356在线官方网站腦科學與智能技術研究院教授彭漢川、beat365体育官网平台教授謝維和生物科學與醫學工程學院顧忠澤教授團隊，聯合美國艾倫腦科學研究所及國内外多家單位合作，共同研究腦圖譜以及全腦神經元的形态多樣性。彭漢川教授團隊為第一作者，彭漢川與艾倫腦科學研究所曾紅葵教授為共同通訊作者。

神經元-大腦行使功能的基本單位，其3D結構特征不僅揭示神經信号的流動從而反應神經網絡連接，而且是鑒定細胞類别的重要參數。全腦神經元的解析是腦科學研究的重要方向。小鼠是研究腦科學的重要模式動物，其大腦擁有上億個神經元，全腦神經元結構龐大，如某些鼠腦皮層細胞可跨越至另一半球，且分枝繁多，總長度可達40cm左右；神經元分枝間的交錯以及标記信号的微弱，綜上等因素都使快速準确重建神經元十分困難。

如何高通量的重建全腦神經元一直是瓶頸，導緻科學家們對其多樣性的了解仍是有限的。本研究建立了一套完整的平台包括神經元的稀疏标記，全腦成像，高通量神經元重建，配準以及分析，并基于此平台生産了目前世界上數目最大的1741單細胞神經元數據集。神經元的稀疏标記由艾倫腦科學研究所曾紅葵團隊完成并交由華中科技大學駱清銘教授（現海南大學）和龔輝教授團隊提供fMOST神經元成像，bet356在线官方网站負責所有數據管理、計算和分析。部分工作中，高通量神經元的重建與分析應用了東大腦智院和上海大學王宜敏博士團隊合作研發的三維可視化平台Vaa3D-TeraVR，神經元重建流程以及圖像配準算法mBrainAligner由東大腦智院和安徽大學屈磊教授團隊合作研發（fig.1）。多家單位包括bet356在线官方网站、美國艾倫研究所、中國溫州醫科大學、騰訊公司等都參與了數據大規模生産和質量控制。

Fig1,腦科學中心自主研發的全腦神經元重建以及分析平台

      文章報道了目前全世界最大的1741鼠腦神經元數據集，包含來自皮層，屏狀核，紋狀體和丘腦等腦區神經元。本文鑒定了：11種主要的投射神經元類型，它們具有不同的形态學特征和相應的轉錄組特征；主要類型内部發現了豐富的神經元投射類型，可以聚類成更精細的子類型。神經元的多樣性符合多水平調控長程投射的規則，包括分子水平、發散或收斂投射模式、軸突末端模式、腦區特異性、拓撲結構和單細胞差異性。

單細胞多樣性與轉錄組譜水平定義的亞型細胞類别沒有明确的相關性，突出了單細胞水平交叉模式研究的重要性。單細胞形态多樣性的優勢揭示了神經細胞類别的豐富，也反映了單個神經元各自在功能環路中的獨特功能，因此我們的研究有力的證明了量化的完整單細胞解剖學分析對神經細胞類型鑒定是至關重要的（fig.2）。

Fig.2 單細胞的投射多樣性

此外，在《Nature》同期發表的兩篇文章 “A multimodal cell census and atlas of the mammalian primary motor cortex（哺乳動物初級運動皮層的多模式細胞普查和圖譜）”，“Cellular anatomy of the mouse primary motor cortex（小鼠初級運動皮層的細胞解剖）”，彭漢川團隊都為腦神經元重建與數據智能分析做出了重要貢獻，為文章的共同作者。