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

下丘腦在維持機體生理穩態、調節情緒、驅動動機與社會行為等方面發揮核心作用，其復雜功能依賴于多種肽能神經元所形成的廣泛而精細的遠程投射網絡。然而，受限于技術手段，科學界長期未能在單細胞層面精確并且全面地解析下丘腦肽能神經元的投射特征。

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

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

在對大規模數據進行深入分析后，研究取得了多項關鍵發現：

1.鑒定下丘腦神經元投射類型：發現下丘腦神經元可系統劃分成兩大類（中腦投射型和非中腦投射型），并進一步細分成31種亞型。多數丘腦神經元投射亞型通過軸突分支同時支配幾個腦區（如杏仁核-中腦導水管周圍灰質）。這一發現為解析下丘腦復雜功能提供了結構-功能映射框架。

2.揭示軸突投射的拓撲規律：研究首次發現下丘腦特定神經元的胞體位置與其軸突在目標腦區的空間分布存在精準的拓撲對應關系（如腹側對應腹側）。這一發現為理解下丘腦實現復雜功能的神經環路機制提供了新視角。

3.揭示下丘腦內模塊化子網絡：發現下丘腦神經元通過相互投射形成模塊化的內部子網絡，表明下丘腦神經環路的高度協調性與功能整合特性，為解析下丘腦協同調控生理穩態和本能行為的神經機制提供了重要依據。

本研究全面揭示了下丘腦神經元豐富的側枝投射及腦區分布規律，糾正了以往基于逆行追蹤對下丘腦肽能神經元投射模式的部分誤解，構建了統一的結構性投射框架。該成果不僅填補了下丘腦神經元全腦投射圖譜在單神經元層面的空白，也為深入理解下丘腦在整合生理功能與調控行為過程中的神經環路機制提供了寶貴資源。

論文由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心許曉鴻研究組博士后焦卓磊和腦科學數據與計算中心工程師高淘沙共同擔任第一作者。許曉鴻研究員（現任復旦大學腦科學研究院研究員）、孫衍剛研究員、徐圣進研究員、孫怡迪研究員與華中科技大學龔輝教授共同擔任通訊作者。研究得到了中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心全腦介觀神經聯接圖譜研究平臺（小鼠）和腦科學數據與計算中心的大力支持，蒲慕明院士提供了重要學術指導。本項目還獲得了科技部、國家自然科學基金和臨港實驗室等的資助。