摘要：从大脑传递到运动神经元的信号使肌肉运动，但这些信号在到达目的地之前通常会通过脊髓中间神经元。人们对大脑和这群高度多样化的“总机操作员”细胞是如何连接的知之甚少。为了解决这个问题，圣裘德儿童研究医院的科学家们创建了一个全脑图谱，可视化大脑向 V1 中间神经元（一

从大脑传递到运动神经元的信号使肌肉运动，但这些信号在到达目的地之前通常会通过脊髓中间神经元。人们对大脑和这群高度多样化的“总机操作员”细胞是如何连接的知之甚少。为了解决这个问题，圣裘德儿童研究医院的科学家们创建了一个全脑图谱，可视化大脑向 V1 中间神经元（一组运动必需的细胞）发送直接输入的范围。由此产生的图谱和随附的三维互动网站提供了一个框架，以进一步了解神经系统的解剖结构以及大脑如何与脊髓进行通信。研究结果今天发表在《神经元》杂志上。

“几十年来我们都知道运动系统是一个分布式网络，但最终的输出是通过脊髓。那里有引起肌肉收缩的运动神经元，但运动神经元并不是孤立地起作用。它们的活动是由分子和功能多样化的中间神经元网络塑造的。”通讯作者，圣裘德发育神经生物学系的Jay Bikoff 博士说。

虽然在理解大脑的不同区域如何与运动控制的不同方面相关方面已经取得了巨大的飞跃，但这些区域如何与脊髓中的特定神经元精确连接一直是该领域的盲点。中间神经元很难研究，主要是因为它们有数百种不同的、混合的品种。

“这类似于解开一团圣诞彩灯，只不过它更具挑战性，因为我们试图解开的是超过 30 亿年进化的结果”，共同第一作者阿南德·库尔卡尼 (Anand Kulkarni) 博士说。

最近的进展证明了分子和发育上不同的中间神经元亚类的存在，但它们在神经通讯中的地位仍然未知。比科夫说：“定义下行运动系统的细胞目标是理解运动和行为的神经控制的基础。” “我们需要知道大脑如何传达这些信号。”

为了剖析连接大脑和脊髓的回路，研究人员使用了狂犬病病毒的转基因版本，该病毒的表面缺少一种关键蛋白质——糖蛋白。这抑制了病毒在神经元之间传播的能力。

这基本上使病毒滞留在其源头。通过将这种糖蛋白重新引入特定的中间神经元群体，病毒可以在再次陷入困境之前跨越突触一次跳跃。研究人员使用荧光标签来追踪病毒。通过追踪病毒的最终去向，研究人员可以查明大脑的哪些区域与这些中间神经元相连。

研究人员将这种方法应用于一类称为 V1 中间神经元的中间神经元，此前研究表明，V1 中间神经元在塑造运动输出方面发挥着至关重要的作用。这项工作使他们能够准确地追踪这些中间神经元接收到的多个信号的来源，并返回大脑。

Bikoff 说：“我们只针对 V1 中间神经元，但这些实际上是一组高度异质的神经元，所以我们想，‘让我们尽可能多地瞄准 V1 中间神经元，看看它们会投射什么。’”

研究人员利用串行双光子断层扫描来可视化这些神经元并生成三维参考图集。这项技术对大脑进行渲染，制作数百微米厚的切片，以显示荧光标记的神经元。该图谱使研究人员能够对连接不同大脑结构与脊髓以及与之相互作用的中间神经元的网络做出准确的预测。

确定这些结构如何与脊髓连接使研究人员能够进一步研究控制运动的神经回路，并且随附的网络图集数据将确保所有人都可以自由访问。 Bikoff 解释说：“我们从行为角度了解一些已识别的大脑区域的作用，但我们现在可以假设这些影响是如何介导的，以及 V1 中间神经元可能发挥的作用，这对于假设生成的引擎领域非常有用。”

来源：都市老医生