脑空间信息学团队

团队介绍：

团队围绕当前脑科学与类脑智能的重大需求，面向高级认知功能的神经环路原理解析、脑重大疾病的诊断和治疗、脑机接口和类脑计算等关键科学问题开展研究。致力于1）研发基于形态和组学空间信息的细胞分型全脑测绘系统，使用最接近人类的非人灵长类等动物模型，在单细胞分辨率水平绘制具有神经元类型特异性的全脑联结图谱；2）开展大脑类器官疾病模型及应用系统、大脑类器官临床替代应用示范系统、类脑智能混合系统等研发，为临床脑疾病诊治和个性化医疗提供科学基础和技术示范；3）利用时空域精准的脑电信号记录来捕捉神经元网络层面的动态机制，对脑功能结构及脑疾病病理进行更深层次的诠释，推动类脑智能的发展。

科研工作展示：

团队提出了全脑定位系统（Brain-wide Positioning System，BPS）的全自动显微成像方法，可以在单细胞水平解析和定位全脑神经形态，为研究者提供了一种精准分析介观尺度甚至微观尺度神经解剖结构的工具。该方法主要包括两种新技术：在全脑成像的同时进行细胞构筑的实时染色；具有宽场大容积层析成像特点的高通量多通道全脑显微成像系统。这一方法有望加速未来细胞水平的脑连接图谱研究，实现从二维图谱向精准个性化的三维图谱发展，将助力细胞类型、环路连接等方面的研究。该项研究成果在《自然·通讯》（Nature Communications）学术期刊上发表。

图1. 全脑定位系统基本原理。(a) 数据采集流程，(b)细胞实时染色示意图

图2. Thy1-GFP M系小鼠全脑双色成像图（包含GFP标记的神经元和PI染色的细胞结构）

图3. Thy1-GFP M系小鼠barrel脑区锥体神经元的定位与重建结果

团队在《自然神经科学》（Nature Neuroscience）学术期刊上发表了题为“A whole-brain map of long-range inputs to GABAergic interneurons in the mouse medial prefrontal cortex”的文章，详细描绘了小鼠内侧前额叶皮层γ-氨基丁酸（GABA）能神经元长程输入环路的全脑图谱。团队采用自主研发的荧光显微光学切片断层成像技术(fluorescent micro-optical sectioning tomography, fMOST)，结合逆行跨一级病毒示踪方法，建立了迄今最详尽的小鼠内侧前额叶特定类型神经元的全脑长程输入图谱。该图谱不仅包括内侧前额叶特定类型神经元的上游输入神经元的分布（在哪儿），还包括了这些输入神经元的递质类型和形态特征（长什么样）、以及共投射脑区信息等（和谁联系）等。该图谱为研究和模拟内侧前额叶所在环路的功能奠定了单细胞分辨的解剖学基础，基于靶向脑区及共投射脑区的分类方法，也为环路的组织模式和神经元分类研究开拓了新的思路。

图4 使用fMOST技术结合RV病毒逆行示踪法，解析内侧前额叶不同GABA能神经元的输入神经元的全脑分布、上游输入神经元新类型和新环路

图5海马锥体神经元直接输入到mPFC中GABA能神经元的形态学特征展示