2025年3月26日，中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）和腦認(rèn)知與類腦智能全國重點實驗室牽頭，聯(lián)合華中科技大學(xué)蘇州腦空間信息研究院以及國內(nèi)外多家機構(gòu)在《Nature Neuroscience》在線發(fā)表了題為《Projectome-based characterization of hypothalamic peptidergic neurons in male mice》的研究論文,系統(tǒng)描繪了雄性小鼠下丘腦多肽能神經(jīng)元的全腦投射模式。

下丘腦在維持機體生理穩(wěn)態(tài)、調(diào)節(jié)情緒、驅(qū)動動機與社會行為等方面發(fā)揮核心作用，其復(fù)雜功能依賴于多種肽能神經(jīng)元所形成的廣泛而精細(xì)的遠(yuǎn)程投射網(wǎng)絡(luò)。然而，受限于技術(shù)手段，科學(xué)界長期未能在單細(xì)胞層面精確并且全面地解析下丘腦肽能神經(jīng)元的投射特征。

本研究利用高分辨率的順行追蹤技術(shù)，在單細(xì)胞層面系統(tǒng)描繪了來自16類神經(jīng)肽群體、共7180個下丘腦神經(jīng)元的全腦投射圖譜，并建立了高分辨率的單神經(jīng)元投射數(shù)據(jù)庫（圖1，https://mouse.braindatacenter.cn/hy）。

圖1. 下丘腦單神經(jīng)元投射圖譜
（左）示例神經(jīng)元的全腦投射模式，包括至腹側(cè)被蓋區(qū)（VTA）、中央導(dǎo)水管灰質(zhì)（PAG）及其他腦區(qū)的側(cè)枝投射。（中）7180個神經(jīng)元胞體在下丘腦核團的分布情況。（右）所有神經(jīng)元的全腦投射模式，不同顏色代表不同的神經(jīng)元。

在對大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析后，研究取得了多項關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：

1.鑒定下丘腦神經(jīng)元投射類型：發(fā)現(xiàn)下丘腦神經(jīng)元可系統(tǒng)劃分成兩大類（中腦投射型和非中腦投射型），并進(jìn)一步細(xì)分成31種亞型。多數(shù)丘腦神經(jīng)元投射亞型通過軸突分支同時支配幾個腦區(qū)（如杏仁核-中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)）。這一發(fā)現(xiàn)為解析下丘腦復(fù)雜功能提供了結(jié)構(gòu)-功能映射框架。

2.揭示軸突投射的拓?fù)湟?guī)律：研究首次發(fā)現(xiàn)下丘腦特定神經(jīng)元的胞體位置與其軸突在目標(biāo)腦區(qū)的空間分布存在精準(zhǔn)的拓?fù)鋵?yīng)關(guān)系（如腹側(cè)對應(yīng)腹側(cè)）。這一發(fā)現(xiàn)為理解下丘腦實現(xiàn)復(fù)雜功能的神經(jīng)環(huán)路機制提供了新視角。

3.揭示下丘腦內(nèi)模塊化子網(wǎng)絡(luò)：發(fā)現(xiàn)下丘腦神經(jīng)元通過相互投射形成模塊化的內(nèi)部子網(wǎng)絡(luò)，表明下丘腦神經(jīng)環(huán)路的高度協(xié)調(diào)性與功能整合特性，為解析下丘腦協(xié)同調(diào)控生理穩(wěn)態(tài)和本能行為的神經(jīng)機制提供了重要依據(jù)。

本研究全面揭示了下丘腦神經(jīng)元豐富的側(cè)枝投射及腦區(qū)分布規(guī)律，糾正了以往基于逆行追蹤對下丘腦肽能神經(jīng)元投射模式的部分誤解，構(gòu)建了統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)性投射框架。該成果不僅填補了下丘腦神經(jīng)元全腦投射圖譜在單神經(jīng)元層面的空白，也為深入理解下丘腦在整合生理功能與調(diào)控行為過程中的神經(jīng)環(huán)路機制提供了寶貴資源。

論文由中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心許曉鴻研究組博士后焦卓磊和腦科學(xué)數(shù)據(jù)與計算中心工程師高淘沙共同擔(dān)任第一作者。許曉鴻研究員（現(xiàn)任復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)研究院研究員）、孫衍剛研究員、徐圣進(jìn)研究員、孫怡迪研究員與華中科技大學(xué)龔輝教授共同擔(dān)任通訊作者。研究得到了中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜研究平臺（小鼠）和腦科學(xué)數(shù)據(jù)與計算中心的大力支持，蒲慕明院士提供了重要學(xué)術(shù)指導(dǎo)。本項目還獲得了科技部、國家自然科學(xué)基金和臨港實驗室等的資助。