【客户文章】Cerebral Cortex：利用跨单突触示踪技术建立非丘系听觉丘脑的全脑连接图谱

2018年5月24日清华大学医学院生物医学工程系及清华-IDG/麦戈文脑科学研究院和类脑计算研究中心苑克鑫课题组在神经科学权威期刊《大脑皮层》（Cerebral Cortex）在线发表研究成果“Distinct Anatomical Connectivity Patterns Differentiate Subdivisions of the Nonlemniscal Auditory Thalamus in Mice”。该研究主要利用跨单突触狂犬病毒逆向示踪技术，通过对比、量化、相关和聚类等分析方法，首次在全脑范围内揭示了非丘系听觉丘脑中不同亚区之间截然不同的全脑输入模式。该结果提示非丘系听觉丘脑不同亚区之间可能存在具有特异的信息处理分工，为今后整个领域对非丘系听觉丘脑的功能性研究奠定了解剖学基础，具有重要意义。

图1 左上图为基于RV的跨单突触逆向追踪实验中病毒注射位点MGBd/SG的感染情况。绿色：AAV-helper-EGFP；红色：RV-DsRed；黄色：同时表达红色和绿色荧光的起始神经元。其余三图为投射到起始神经元的上游细胞在听觉皮层各分区、上丘SC和下丘IC中的分布情况。虚线框中为放大的上游神经元。比例尺：100μm。
 

丘脑在多种感觉和运动功能的实现中不可或缺，其拥有非常复杂的连接和功能。它既将信息从外周传递到皮层，又接受大量来自于皮层的反馈投射，同时还和大脑内与行为相关的其他信息处理系统紧密相连，比如奖赏、决策等。已有研究表明，听觉丘脑的非丘系核团可能参与完成多种听觉信息相关的高级认知功能。非丘系听觉丘脑具有多个亚区，不同亚区在细胞结构、电生理反应特性等方面都表现出明显的差异。然而，不同亚区在功能上的分工差异还不清楚。不同亚区全脑连接模式的解析有助于对其功能分区的理解和探索。然而，在目前广泛使用的小鼠品系中，针对非丘系听觉丘脑特异的全脑解剖连接网络还尚未建立。

研究人员利用CB-/CR-Cre转基因小鼠品系来实现细胞类型和非丘系听觉丘脑特异的逆向追踪。为了进行非丘系听觉丘脑不同亚区的局部感染，研究人员采取微量注射法，每只小鼠的AAV-helper混合物注射体积都不到50纳升。由于AAV-helper本身具有很高的感染效率和滴度，从而理想地实现了病毒在微小目标区域中的局部充分表达。3周后，再在同样的位置注射约100纳升的SAD△G DsRed RV狂犬病毒。RV注射一周后进行灌流固定、切片成像。

研究人员首先发现，非丘系听觉丘脑各亚区虽然都接受来自于下丘、上丘和听觉皮层等脑区的感觉输入，但标记的上游细胞在核团中的分布呈现出显著差异。此外，非丘系听觉丘脑的背侧区MGBd/SG主要与多种模态感觉信息处理相关的脑区相连，而腹侧区PIN/PP则同时与负责感觉信息和情绪、动机等动物行为状态相关信息的脑区形成紧密连接。（如图2所示）。该结果表明非丘系听觉丘脑不同亚区在听觉信息处理中的功能特异性，同时也提示了CB-/CR-Cre小鼠在未来非丘系听觉丘脑功能探究中的潜在应用性。

图2 研究人员基于逆向病毒追踪结果总结的非丘系听觉丘脑上游输入图，描述了非丘系听觉丘脑上游输入核团对MGBd/SG和PIN/PP的投射偏好性。核团颜色代表偏好性强弱，越偏向绿色则更多投射到MGBd/SG，越偏向红色则更多投射到PIN/PP。
 

研究课题组介绍

苑克鑫课题组致力于中枢听觉系统研究，结合转基因动物，病毒工具，解剖学，电生理学，光学，行为学和计算等多种技术手段，从神经环路角度研究听觉皮层和丘脑如何在声音信息处理和动物情绪行为中发挥重要作用。该项研究得到了国家自然科学基金委，清华大学医学院生物医学工程系，清华大学类脑计算研究中心和清华-IDG/麦戈文脑科学研究院的资助。

清华大学生物医学工程系博士生蔡冬琴和博士生岳崟为论文的共同第一作者，苑克鑫博士为本文的通讯作者，参与部分实验工作的作者还包括苑克鑫课题组其他博士生以及清华大学自动化系陈锋课题组及其课题组博士生苏鑫和邓飞。此外，本研究得到北京生命科学研究所罗敏敏老师及其实验室学生的大力支持。
 

如有相关需求，或了解更多产品服务，欢迎咨询我们！
点击进入店铺，查看更多产品及服务