近日，人类大脑计划（HBP）的一支国际研究团队成功绘制出了猕猴大脑中的神经递质受体地图，定义了大脑的关键组织原则，并揭示了其在区分内部思维和外部影响生成的情绪中的潜在作用。

该团队通过HBP的EBRAINS基础设施，将研究结果免费提供给神经科学界，架起了连接从微观到整个大脑的神经科学不同层面的桥梁。布里斯托尔大学计算机科学系的肖恩弗劳迪斯特-沃尔什博士解释道：“将大脑比作一座城市。近年来，大脑研究一直关注于研究其道路，但在这项研究中，我们绘制了迄今为止最详细的交通信号灯图谱，即神经递质受体，它们控制信息流动…我们的研究旨在创建迄今为止最详细的这些‘交通信号灯’地图…我们发现了这些‘交通信号灯’如何排列的模式，帮助我们理解它们在知觉、记忆和情绪中的功能。这就像找到了一座城市交通流动的关键，为我们了解正常大脑的运作方式打开了令人兴奋的可能性。将来，其他研究人员可能会利用这些地图来针对特定的大脑网络和功能开发新的药物。”

弗劳迪斯特-沃尔什博士是该团队在《自然神经科学》上发表的文章的主要作者，该文章名为“猕猴皮质中神经递质受体表达的梯度”。该合作研究还包括来自Jlich研究中心、杜塞尔多夫海因里希-海涅大学、布里斯托尔大学、纽约大学、儿童心灵研究所和巴黎城市大学的研究人员。

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神经递质受体是大脑信号传递的关键分子。在神经元内部，信息传递通过轴突的电信号进行。但神经元之间的信息传递通常需要释放被称为神经递质的分子到细胞外空间，并结合目标神经元上的受体。

在这项报道的研究中，HBP团队利用体外受体显影法，在猕猴大脑的非常薄的切片上绘制了神经递质受体的密度。他们测量了109个猕猴皮质区域中14种神经递质受体的密度，然后将这些数据与多个结构参数整合到神经成像模板中。

为了发现这一庞大数据中的模式，他们应用了统计技术，并结合专业解剖知识使用现代神经成像技术。这使他们能够揭示受体模式、脑连接和解剖之间的关系。研究人员发现每个神经元存在一条主要梯度和一条次要梯度的受体表达。换句话说，通过绘制皮质上的受体密度，他们确定了两种主要排列方式，揭示了皮质的分子和神经元组织之间的联系。他们指出：“我们发现了一个主要的受体表达梯度沿皮质等级逐渐增加。这个受体梯度将感觉和认知网络分开。”“次要梯度将背侧注意力网络与默认模式网络和显著网络分开。第二个受体梯度还将活动与社会情绪和数字空间功能分开。”

作为本研究的资深作者，由于很多时候大脑的解剖结构相对静态，了解大脑如何适应不断变化的世界是神经科学面临的重要挑战之一。然而，研究团队指出，仅有连接性还不足以解释神经回路动力学背后的大脑功能。他们指出，突触连接的功能影响取决于受体。他们写道：“为了补充对连接组的映射的持续努力，我们需要一个系统的受体密度图谱，以跨皮质提供关键的分子和系统组织联系。”

通过理解大脑中的受体组织，希望能够更好地将大脑活动、行为和药物作用联系起来。由于受体是药物的靶点，这项研究未来可能指导开发针对特定脑功能的新治疗方法。弗劳迪斯特-沃尔什补充说：“接下来，我们计划利用这些数据集开发大脑的计算模型…这些以大脑为灵感的神经网络模型将帮助我们理解正常的知觉和记忆，以及像精神分裂症患者或服用‘迷幻蘑菇’等物质影响下的人群的差异。”“我们还计划更好地整合跨物种的发现，将在啮齿动物中进行的详细的电路水平神经科学研究与人类观察到的大规模脑活动相连接。”

通过将神经成像数据与其他多种解剖和功能数据整合到常见的大脑皮层空间中，研究人员为不同物种间的研究加速了进程。Palomero-Gallagher博士表示：“这些数据将免费提供给神经科学界，以便其他计算神经科学家使用，以创建其他生物学模型。”这项研究产生的部分数据已经被应用于一个关于多巴胺如何将信息传递到额顶叶工作记忆网络的计算模型中。

正如作者们总结的：“这里呈现的受体数据以及连接性数据可以为大规模的脑功能模型和理论提供解剖学基础。未来的大规模脑功能理论可能揭示灵活的高级认知是如何沿着主要的受体梯度产生的。”这项工作有望加快物种间的转化研究进展。Palomero-Gallagher表示，这些数据对于帮助研究人员将大脑活动、行为和药物作用联系起来具有重要意义。

编辑：王洪

排版：李丽