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中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心聯(lián)合華大生命科學(xué)研究院、法國(guó)國(guó)家衛(wèi)生與醫(yī)學(xué)研究院干細(xì)胞與腦研究所、臨港實(shí)驗(yàn)室、上海腦科學(xué)與類腦研究中心等，揭示了獼猴與嚙齒類動(dòng)物的屏狀核結(jié)構(gòu)、細(xì)胞類型和分布存在顯著性差異。研究發(fā)現(xiàn)，獼猴屏狀核按照皮層投射偏好可分為4個(gè)亞區(qū)，獼猴屏狀核與小腦外所有皮層腦區(qū)和皮層下核團(tuán)相連，是大腦的連接中樞。同時(shí)，屏狀核內(nèi)部在前后軸方向存在廣泛聯(lián)系。這一成果為靈長(zhǎng)類意識(shí)的產(chǎn)生奠定了多模態(tài)信息整合的基礎(chǔ)，并為探討人類意識(shí)產(chǎn)生的進(jìn)化機(jī)制提供了新的研究思路。研究運(yùn)用snRNA-seq技術(shù)對(duì)獼猴屏狀核區(qū)域細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分類，并與周圍腦區(qū)即大腦皮層、杏仁核、海馬、基底節(jié)等端腦核團(tuán)的細(xì)胞類型進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)獼猴屏狀核神經(jīng)元與大腦皮層尤其是島葉皮層神經(jīng)元類型更加接近。進(jìn)一步，研究發(fā)現(xiàn)，大部分屏狀核神經(jīng)元與島葉深層神經(jīng)元更加類似，提示屏狀核的主要功能可能與長(zhǎng)程投射調(diào)控大腦其他腦區(qū)相關(guān)。研究采用空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)破解獼猴屏狀核的邊界密碼。研究發(fā)現(xiàn)，獼猴屏狀核具有不同于周圍腦區(qū)的特殊標(biāo)記基因如SYNPR、NR4A2、NTNG2等，可精準(zhǔn)勾勒屏狀核的物理邊界。研究在屏狀核腹內(nèi)側(cè)發(fā)現(xiàn)了全新區(qū)域RBC。這一區(qū)域富含CPLX3、SULF1、CABP7等獨(dú)特基因，并將屏狀核與周邊腦區(qū)背側(cè)內(nèi)嗅核隔開。獼猴屏狀核的結(jié)構(gòu)與嚙齒類動(dòng)物的屏狀核不同，為剖析意識(shí)的進(jìn)化機(jī)制提供了可能的重要線索。研究采用逆向追蹤技術(shù)繪制獼猴屏狀核全腦介觀聯(lián)接圖譜。研究在獼猴皮層和皮層下74個(gè)腦區(qū)注射示蹤劑，發(fā)現(xiàn)屏狀核內(nèi)部不同部位神經(jīng)元的皮層投射存在明顯的偏好性，并據(jù)此將屏狀核分為4個(gè)亞區(qū)。進(jìn)一步，研究顯示，屏狀核與除小腦外所有皮層和皮層下腦區(qū)相連，是大腦中的連接中樞。研究發(fā)現(xiàn)，獼猴屏狀核內(nèi)部存在廣泛的前后軸聯(lián)接，為屏狀核單個(gè)神經(jīng)元整合多模態(tài)信息提供了直接支持，被認(rèn)為是意識(shí)產(chǎn)生的關(guān)鍵。研究利用Stereo-seq技術(shù)繪制獼猴屏狀核各細(xì)胞類型的精細(xì)空間分布特征，并結(jié)合屏狀核神經(jīng)元投射信息，發(fā)現(xiàn)屏狀核不同區(qū)域在興奮性神經(jīng)元的組成比例上存在差異。同時(shí)，同一個(gè)屏狀核局部區(qū)域連接的皮層和皮層下核團(tuán)常具有類似功能，如屏狀核中下部連接ENTO腦區(qū)和海馬。進(jìn)而，研究將獼猴屏狀核中富集的GNB4神經(jīng)元與小鼠相應(yīng)類型神經(jīng)元進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，在獼猴屏狀核中呈區(qū)域特異性分布的GNB4神經(jīng)元為獼猴特有的細(xì)胞類型。 這表明，在進(jìn)化過程中獼猴屏狀核演化出靈長(zhǎng)類特異的細(xì)胞類型分布在屏狀核內(nèi)特定區(qū)域并參與特定的大腦功能。4月3日，相關(guān)研究成果以Single-cell spatial transcriptome atlas and whole-brain connectivity of the macaque claustrum為題，發(fā)表在《細(xì)胞》（Cell）上。研究工作得到國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃培育項(xiàng)目、科技創(chuàng)新-2030“腦科學(xué)與類腦研究”重大項(xiàng)目、上海市市級(jí)科技重大專項(xiàng)等的支持。論文鏈接人類意識(shí)被認(rèn)為是科學(xué)前沿的未解難題之一。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和中心法則的提出者Francis C Crick認(rèn)為屏狀核是意識(shí)產(chǎn)生的關(guān)鍵區(qū)域。獼猴屏狀核神經(jīng)元轉(zhuǎn)錄組分類。（A）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)示意圖；（B）屏狀核與其他端腦典型核團(tuán)的神經(jīng)元類型組成；（C）屏狀核神經(jīng)元類型與島葉神經(jīng)元類型的對(duì)應(yīng)情況。獼猴屏狀核精準(zhǔn)邊界確定及特征基因分子指紋。（A）獼猴屏狀核與周圍組織的特征性基因表達(dá)；（B）獼猴屏狀核與其周圍組織的邊界示意圖；（C）獼猴屏狀核特異性基因表達(dá)譜。獼猴屏狀核的全腦介觀聯(lián)接圖譜。（A）皮層平鋪圖展示注射位點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)表示一個(gè)注射位點(diǎn)；（B）投射到不同皮層腦區(qū)屏狀核神經(jīng)元的4種典型空間分布；（C）屏狀核內(nèi)部注射位點(diǎn)的分布；（D）大腦皮層腦區(qū)對(duì)屏狀核的投射強(qiáng)度；（E）5個(gè)注射位點(diǎn)（C）在屏狀核內(nèi)標(biāo)記神經(jīng)元的空間分布。獼猴屏狀核細(xì)胞空間分布與全腦介觀聯(lián)接圖譜