JTM | 徐富强/王杰团队整合药理遗传学磁共振成像及病毒示踪技术发现特异类型神经元激活相关的全脑功能网络的结构基础

2023年08月14日，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院王杰研究员和徐富强研究员（中国科学院深圳先进技术研究院）团队在《Journal of Translational Medicine》发表了题为“Investigations of brain‑wide functional and structural networks of dopaminergic and CamKIIα‑positive neurons in VTA with DREADD‑fMRI and neurotropic virus tracing technologies”的研究论文。郑宁博士后和桂竹博士是本文的共同第一作者，王杰研究员与徐富强研究员为本文的共同通讯作者。本研究基于药理遗传学磁共振成像技术探索了VTA中两类神经元（多巴胺能神经元和CamKII阳性神经元）的功能网络，并利用病毒示踪技术探索其相应的结构基础。该工作为了更好地理解特定脑区特定神经元类型的全脑水平的结构与功能网络关联提供了新型研究策略。

https://translational-medicine.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12967-023-04362-6

研究背景

 01 

神经网络可分为结构网络和功能网络。结构网络是大脑神经元通过突触连接的解剖性连接网络，功能网络是大脑结构网络在行使特定功能时所调用的神经细胞组成的用于执行特定功能的神经网络。大脑功能网络调用的并非结构网络中所有神经细胞，而是结构网络上参与执行特定功能的特定类群神经细胞。大脑处理信息方式瞬息万变，与特定任务相关，此过程受到多种神经递质及大脑能量状态的调节。因此大脑功能网络只是与执行的任务相关的结构网络中的一小部分。因此，基于全脑水平探索功能网络的结构基础对于解析大脑功能具有重要的研究及临床意义。

研究过程

 02 

本文以腹侧被盖区（VTA）为例，VTA中的多巴胺能神经元在奖赏和认知中起着核心作用，而CamKIIα阳性神经元主要由谷氨酸能神经元和一些多巴胺能神经元组成，参与奖赏学习和运动活动行为。系统阐明这两种神经元亚型在全脑功能和结构网络方面的差异对更好地研究其全脑功能中的作用具有一定的作用。

研究团队基于DREADD-MRI技术靶向激活VTA内多巴胺能神经元，发现VTA和几个相关脑区（包括mPFC、Cg和Septum）的BOLD信号发生了显著性变化。而对VTA中CamKIIα阳性神经元进行选择性激活后，则发现VTA、Insula、mPFC、MC_R（右）、Cg、Septum、Hipp、TH_R、PtA_R和ViC_R中的BOLD信号增加。为探索上述功能网络的结构基础，团队进一步利用cre依赖的顺行跨突触传播的病毒示踪剂H129ΔTK-TT对VTA的两种神经元的输出网络进行探索。最终系统整合两种神经元类型的特异型网络，确定了多个皮层区域（MC，mPFC）和皮层下区域（Hipp，TH）在结构和功能上与VTA中多巴胺能和CamKIIα阳性神经元存在显著性关联，为其相应的脑功能研究提供了扎实理论基础。

图1：利用CNO对DAT-cre大鼠（n=5）VTA多巴胺能神经元进行化学遗传学激活后的BOLD反应的结果。

图2：利用CNO对CamKII-cre大鼠（n=5）VTA多巴胺能神经元进行化学遗传学激活后的BOLD反应的结果。

研究结论

 03 

该研究基于全脑水平系统研究了VTA中两种特异类型的神经元亚型的结构和功能网络，并探索了两种网络的关系，进一步加深了对VTA功能的理解。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://translational-medicine.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12967-023-04362-6

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。