Nature：新研究利用BARseq技术揭示哺乳动物视觉如何塑造大脑发育

科学家们很早就知道，我们的大脑由专门的区域组成，每个区域负责不同的任务。例如，视觉皮层处理我们看到的东西，而运动皮层则负责运动。但是，这些区域是如何形成的，它们的神经结构单元又有何不同，这些仍然是一个谜。

在一项新的研究中，来自美国艾伦脑科学研究所的研究人员使用一种名为BARseq的先进方法，对九只小鼠大脑中的数百万个神经元进行了快速分类和绘图。他们的研究为我们揭示了大脑的细胞结构。相关研究结果于2024年4月24日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Whole-cortex in situ sequencing reveals input-dependent area identity”。

他们发现，虽然大脑区域共享相同类型的神经元，但这些细胞的特定组合赋予了每个区域独特的“签名”，类似于细胞身份证。

他们进一步探索了感官输入如何影响这些细胞签名。他们发现，失去视力的小鼠经历了视觉皮层内细胞类型的重大重组，从而模糊了与邻近区域的区别。这些变化并不局限于视觉区域，而是发生在一半的皮层区域，尽管程度较轻。

这项新研究强调了感官体验在塑造和维持每个脑区独特细胞特性方面的关键作用。论文共同第一作者兼论文共同通讯作者、艾伦脑科学研究所助理研究员Xiaoyin Chen博士说，“BARseq让我们以前所未有的精确度看到了感官输入如何影响大脑发育。这些广泛的变化说明视觉在塑造我们的大脑方面是多么重要，即使在最基本的层面上也是如此。”

一种强大的新型大脑绘图工具

论文共同第一作者、艾伦脑科学研究所科学家Mara Rue博士说，以前，在多个大脑中捕获单细胞数据是一项挑战。她说，与类似的绘图技术相比，BARseq成本更低，耗时更少，使得人们能够检查和比较多个个体的全脑分子结构。

图片来自Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-07221-6

BARseq用独特的RNA“条形码”标记单个脑细胞，以追踪它们在大脑中的连接。这些数据与基因表达分析相结合，使得科学家们能够精确定位和识别组织切片中的大量神经元。

在这项新的研究中，这些作者将 BARseq 作为一种独立的方法来快速分析完整组织样本中的基因表达。在短短三周内，他们就绘制了来自八个大脑的900 多万个细胞的图谱。

Chen说，BARseq的规模和速度为科学家们深入研究大脑的复杂性提供了一种强大的新工具。

Chen说，“BARseq让我们超越了绘制‘模型’或‘标准’大脑的范畴，开始将它作为了解大脑如何变化的工具。有了这种通量，我们如今可以非常系统地提出这些问题，这是其他技术无法想象的。”

Chen和Rue强调，BARseq方法是免费提供的。他们希望他们的研究能鼓励其他科学家们利用它来研究大脑的组织原理或聚焦于与疾病相关的细胞类型。

Rue说，“这不是只有大型实验室才能做到的事情。我们的研究证实了BARseq可以让该领域的众多人员利用空间转录组学来回答他们自己的问题。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Xiaoyin Chen et al. Whole-cortex in situ sequencing reveals input-dependent area identity. Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-07221-6.

How vision sculpts the developing brain
https://alleninstitute.org/news/how-vision-sculpts-the-developing-brain/