報(bào)道來源：中科院神經(jīng)所官微
“人類意識(shí)” 被認(rèn)為是科學(xué)前沿的未解難題之一。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和中心法則提出者 Francis C Crick認(rèn)為“屏狀核是意識(shí)產(chǎn)生的關(guān)鍵區(qū)域”。
2025年4月3日， Cell期刊在線發(fā)表了題為 “Single-cell spatial transcriptome atlas and whole-brain connectivity of the macaque claustrum” 的研究論文，揭示了獼猴與嚙齒類動(dòng)物的屏狀核結(jié)構(gòu)、細(xì)胞類型和分布存在顯著性差異。發(fā)現(xiàn)獼猴屏狀核按照皮層投射偏好可分為四個(gè)亞區(qū)，獼猴屏狀核與小腦外所有皮層腦區(qū)和皮層下核團(tuán)相連，是大腦的連接中樞，并且屏狀核內(nèi)部在前后軸方向存在廣泛聯(lián)系，為靈長(zhǎng)類意識(shí)的產(chǎn)生提供了多模態(tài)信息整合的基礎(chǔ)。該研究成果由中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心與華大生命科學(xué)研究院、法國(guó)國(guó)家衛(wèi)生與醫(yī)學(xué)研究院（INSERM)干細(xì)胞與腦研究所，臨港實(shí)驗(yàn)室、上海腦科學(xué)與類腦研究中心、騰訊生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室等單位科研團(tuán)隊(duì)合作完成。該成果為理解人類意識(shí)產(chǎn)生的進(jìn)化機(jī)制提供了新的研究思路。
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獼猴屏狀核神經(jīng)元轉(zhuǎn)錄組分類
研究團(tuán)隊(duì)首先用snRNA-seq技術(shù)對(duì)獼猴屏狀核區(qū)域細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分類，并與周圍腦區(qū)（大腦皮層，杏仁核，海馬，基底節(jié)等端腦核團(tuán)）的細(xì)胞類型進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)比（圖1），發(fā)現(xiàn)獼猴屏狀核神經(jīng)元與大腦皮層，尤其是島葉皮層神經(jīng)元類型更加接近。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)：絕大部分屏狀核神經(jīng)元與島葉深層神經(jīng)元更加類似，這提示屏狀核的主要功能可能與長(zhǎng)程投射調(diào)控大腦其它腦區(qū)相關(guān)。
圖1 獼猴屏狀核神經(jīng)元轉(zhuǎn)錄組分類。
（A）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)示意圖。（B）屏狀核與其它端腦典型核團(tuán)的神經(jīng)元類型組成。（C）屏狀核神經(jīng)元類型與島葉神經(jīng)元類型的對(duì)應(yīng)情況。
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獼猴屏狀核結(jié)構(gòu)的破解
通過采用空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)成功破解獼猴屏狀核的邊界密碼（圖2）。該研究發(fā)現(xiàn)：獼猴屏狀核（Cla）具有顯著不同于周圍腦區(qū)的特殊標(biāo)記基因（例如SYNPR、NR4A2、NTNG2等），可用來精準(zhǔn)勾勒出屏狀核的物理邊界。在屏狀核腹內(nèi)側(cè)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)全新區(qū)域RBC，該區(qū)域富含CPLX3、SULF1、CABP7等獨(dú)特基因，將屏狀核與周邊腦區(qū)背側(cè)內(nèi)嗅核（DEn）隔開。獼猴屏狀核這些結(jié)構(gòu)與嚙齒類動(dòng)物的屏狀核明顯不同，這為理解意識(shí)的進(jìn)化機(jī)制提供了可能的重要線索。
圖2 獼猴屏狀核精準(zhǔn)邊界確定及特征基因分子指紋。
（A）獼猴屏狀核與周圍組織的特征性基因表達(dá)；（B）獼猴屏狀核與其周圍組織的邊界示意圖；（C）獼猴屏狀核特異性基因表達(dá)譜。
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繪制獼猴屏狀核全腦介觀聯(lián)接圖譜
研究團(tuán)隊(duì)用逆向追蹤技術(shù)繪制了獼猴屏狀核全腦介觀聯(lián)接圖譜（圖3）。在獼猴皮層和皮層下74個(gè)腦區(qū)注射示蹤劑，發(fā)現(xiàn)屏狀核內(nèi)部不同部位神經(jīng)元的皮層投射存在明顯的偏好性，據(jù)此可將屏狀核分為四個(gè)亞區(qū)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，屏狀核與除小腦外所有皮層和皮層下腦區(qū)相連，是大腦中的連接中樞。有意思的是，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)獼猴屏狀核內(nèi)部存在廣泛的前后軸聯(lián)接，為屏狀核單個(gè)神經(jīng)元整合多模態(tài)信息提供了直接支持，而這被認(rèn)為是意識(shí)產(chǎn)生的關(guān)鍵。
圖3 獼猴屏狀核的全腦介觀聯(lián)接圖譜。
（A）皮層平鋪圖展示注射位點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)表示一個(gè)注射位點(diǎn)。（B）投射到不同皮層腦區(qū)屏狀核神經(jīng)元的4種典型空間分布。（C）屏狀核內(nèi)部注射位點(diǎn)的分布。（D）大腦皮層腦區(qū)對(duì)屏狀核的投射強(qiáng)度。（E）5個(gè)注射位點(diǎn)（C）在屏狀核內(nèi)標(biāo)記神經(jīng)元的空間分布。
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獼猴屏狀核各細(xì)胞類型空間分布特征的分析
研究團(tuán)隊(duì)用Stereo-seq技術(shù)繪制了獼猴屏狀核各細(xì)胞類型的精細(xì)空間分布特征，并且與屏狀核神經(jīng)元投射信息相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)屏狀核不同區(qū)域在興奮性神經(jīng)元的組成比例上存在明顯差異（圖4）。并且，同一個(gè)屏狀核局部區(qū)域連接的皮層和皮層下核團(tuán)經(jīng)常具有類似的功能，比如屏狀核中下部連接ENTO腦區(qū)和海馬（ENTO和海馬都與學(xué)習(xí)記憶有關(guān)）。更有意思的是，研究團(tuán)隊(duì)將獼猴屏狀核中富集的 GNB4 神經(jīng)元與小鼠相應(yīng)類型神經(jīng)元進(jìn)行了精細(xì)比較，發(fā)現(xiàn)在獼猴屏狀核中呈區(qū)域特異性分布的 GNB4 神經(jīng)元為獼猴特有的細(xì)胞類型（與小鼠類似的GNB4神經(jīng)元類型呈現(xiàn)均勻分布特征）。這表明，在進(jìn)化過程中，獼猴屏狀核演化出靈長(zhǎng)類特異的細(xì)胞類型，分布在屏狀核內(nèi)特定區(qū)域，參與特定的大腦功能。
圖4：獼猴屏狀核細(xì)胞空間分布與全腦介觀聯(lián)接圖譜
中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心和上海腦科學(xué)與類腦研究中心沈志明、法國(guó)國(guó)家衛(wèi)生與醫(yī)學(xué)研究院干細(xì)胞與腦研究所Henry Kennedy、臨港實(shí)驗(yàn)室魏武、華大生命科學(xué)研究院劉龍奇、騰訊生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室姚建華為該論文共同通訊作者。華大生命科學(xué)研究院雷瑩、中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康所劉羽暄、中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心和臨港實(shí)驗(yàn)室王明禮、中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心袁妮妮、法國(guó)國(guó)家衛(wèi)生與醫(yī)學(xué)研究院干細(xì)胞與腦研究所侯玉潔、華大生命科學(xué)研究院丁靈君、朱志勇、騰訊生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室吳子涵、中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心李超為該論文的共同第一作者。本研究獲得國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃培育項(xiàng)目、科技創(chuàng)新2030-“腦科學(xué)與類腦研究”、上海市級(jí)重大專項(xiàng)等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。
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