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抑制神经元活性Kir2.1：rAAV-hSyn-Kir2.1-EGFP
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武汉枢密脑科学技术有限公司
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【客户文章】中科大周江宁团队在单细胞水平上揭示了中央杏仁核内的促肾上腺皮质激素释放因子神经元的全脑输入模式与路径
1162 人阅读发布时间：2023-08-04 11:31
杏仁核是一个位于前脑颞叶的深部核团，掌管着恐惧与焦虑等负性情绪。当人在经历惊吓、威胁等应激刺激时，中枢神经系统会通过释放促肾上腺皮质激素释放因子（CRF）使得生物体提高警觉，增强代谢来应对这些外界刺激。研究杏仁核内释放CRF的神经元对认识恐惧和焦虑等应激反应十分必要。而大脑中的神经元都是通过形成连接，逐级传递信息，共同发挥作用。想要系统全面地分析CRF神经元的功能，首先要做的就是解析出CRF神经元与上下游神经元之间的连接关系。
2022年4月6日，中国科学技术大学生命科学与医学部周江宁教授团队在国际知名学术期刊《Communications Biology》上发表了题为“Single-cell reconstruction reveals input patterns and pathways into corticotropin-releasing factor neurons in the central amygdala in mice”的研究论文。
该论文以CRF转基因小鼠为研究对象，通过使用新型的缺陷型狂犬病毒，并结合快速高精度的VISoR光片成像系统，研究者在全脑尺度特异性地展示了所有输入中央杏仁核CRF神经元的投射神经元，并通过聚类分析的方式将所有这些输入神经元划分为六大类。
神经元的功能与其传递信息是密不可分的。总体来说，神经元传递的信息分为两类，即促进下游神经元活动的兴奋性信息与抑制下游神经元活动的抑制性信息。因此弄清楚这些输入神经元是兴奋性还是抑制性的，以及它们在特定核团的空间分布特征是神经科学家首要关心的两个问题。研究者发现对于杏仁核CRF神经元，自上（高位中枢）而下输入的多是汇聚的兴奋性信息，而自下而上输入的多是弥散的抑制性信息。这种独特的信息输入方式使得这类CRF神经元能够整合更多自上而下传入的高级信息输入，而自下而上输入的基础生理信息又能及时地达到足够的响应强度。
人们常说眼见为实。而神经元主要由细胞胞体以及连接到下游神经元的轴突组成。该项研究通过高分辨率的快速光片成像完整还原出了从输入神经元胞体出发的长轴突，最终终止在CRF起始神经元上的画面。不仅于此，通过使用现有的学界公认的Allen小鼠脑图谱，在其中锚定重构神经元坐标点的方式，精确地在三维立体脑图谱中还原了神经元的整个空间信息，而这一结果发现这些轴突并不是以最经济最高效的两点之间直线最短的方式连接到目的神经元，而是选择绕行经过脑中的一些核团。这背后的原因一方面可能是发育过程中的变化，但更可能的原因是这些长轴突也与这些过境核团发生信息交流，以达到某种信息修饰的目的。而通过突触前、后标志物染色的方式也发现了很可能是过境核团向长轴突输入信息。
该项研究从神经元的上层联系入手，在整个中枢神经系统中找出了中央杏仁核CRF神经元的所有输入神经元及其输入模式，通过分析这些输入神经元所在的位置和释放的递质可以推断出他们可能传递的信息。这些信息为之后针对中央杏仁核CRF神经元的功能研究提供了重大参考意义。
该文第一作者为中国科学技术大学博士后黄川，通讯作者为中国科学技术大学周江宁教授。中国科学技术大学、中科院深圳先进技术研究院的毕国强教授，中国科学技术大学类脑智能技术及应用国家工程实验室的王浩副研究员也做出了重要贡献。该研究受国家自然科学基金委项目资助。
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2022年4月6日，中国科学技术大学生命科学与医学部周江宁教授团队在国际知名学术期刊《Communications Biology》上发表了题为“Single-cell reconstruction reveals input patterns and pathways into corticotropin-releasing factor neurons in the central amygdala in mice”的研究论文。
图1.中央杏仁核促肾上腺皮质激素释放因子（CRF）神经元的全脑输入与六大聚类
神经元的功能与其传递信息是密不可分的。总体来说，神经元传递的信息分为两类，即促进下游神经元活动的兴奋性信息与抑制下游神经元活动的抑制性信息。因此弄清楚这些输入神经元是兴奋性还是抑制性的，以及它们在特定核团的空间分布特征是神经科学家首要关心的两个问题。研究者发现对于杏仁核CRF神经元，自上（高位中枢）而下输入的多是汇聚的兴奋性信息，而自下而上输入的多是弥散的抑制性信息。这种独特的信息输入方式使得这类CRF神经元能够整合更多自上而下传入的高级信息输入，而自下而上输入的基础生理信息又能及时地达到足够的响应强度。
图2.自上而下的输入多是汇聚式输入且多为兴奋性神经元，由下而上的输入多是弥散性输入且抑制性神经元占多数
人们常说眼见为实。而神经元主要由细胞胞体以及连接到下游神经元的轴突组成。该项研究通过高分辨率的快速光片成像完整还原出了从输入神经元胞体出发的长轴突，最终终止在CRF起始神经元上的画面。不仅于此，通过使用现有的学界公认的Allen小鼠脑图谱，在其中锚定重构神经元坐标点的方式，精确地在三维立体脑图谱中还原了神经元的整个空间信息，而这一结果发现这些轴突并不是以最经济最高效的两点之间直线最短的方式连接到目的神经元，而是选择绕行经过脑中的一些核团。这背后的原因一方面可能是发育过程中的变化，但更可能的原因是这些长轴突也与这些过境核团发生信息交流，以达到某种信息修饰的目的。而通过突触前、后标志物染色的方式也发现了很可能是过境核团向长轴突输入信息。
图3.于三维图谱中原位展示输入神经元的完整形态及其所经过的所有核团，这些过境核团可能通过突触连接修饰输入神经元的信息输入
该项研究从神经元的上层联系入手，在整个中枢神经系统中找出了中央杏仁核CRF神经元的所有输入神经元及其输入模式，通过分析这些输入神经元所在的位置和释放的递质可以推断出他们可能传递的信息。这些信息为之后针对中央杏仁核CRF神经元的功能研究提供了重大参考意义。
该文第一作者为中国科学技术大学博士后黄川，通讯作者为中国科学技术大学周江宁教授。中国科学技术大学、中科院深圳先进技术研究院的毕国强教授，中国科学技术大学类脑智能技术及应用国家工程实验室的王浩副研究员也做出了重要贡献。该研究受国家自然科学基金委项目资助。
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