在神经科学这片充满神秘与未知的浩瀚海洋中,每一项新的研究成果都宛如一座熠熠生辉的灯塔,为我们照亮探索大脑奥秘的前行之路。4 月 3 日,中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、华大生命科学研究院等多家国内外顶尖机构携手合作,重磅发布了全球首个非人灵长类屏状核多模态图谱。这一突破性的成果,犹如一颗投入平静湖面的巨石,在神经科学界激起层层涟漪,更为我们深入探究脑波调频相关机制提供了全新的视角和难得的契机。
屏状核,这个隐匿于大脑深处的神秘结构,长久以来一直吸引着无数科学家的目光,宛如一个充满谜题的宝藏等待着被挖掘。此次的前沿研究,通过巧妙地整合单细胞组、时空组和联接等多组学数据,成功揭示了猕猴屏状核众多令人惊叹且意义深远的特性。研究团队充分运用华大自主研发的先进技术,精心绘制出全球首张非人灵长类屏状核时空图谱。
这一图谱犹如一幅微观世界的精密地图,精准无误地标注出每个脑细胞的基因信息以及它们在大脑中的精确 “住址”。与此同时,团队还构建出迄今最为完善的非人灵长类屏状核全脑介观联接图谱,清晰明确地展示了屏状核整合全脑信息的物理连接基础。不仅如此,通过对猕猴屏状核中多达 22.7 万个细胞的深入细致分析,研究团队成功鉴定出 48 种细胞亚型,并且有了一个惊人的发现 —— 超过 80% 的屏状核神经元与大脑皮层(尤其是岛叶皮层)深层神经元极为相似,这一发现强烈暗示着屏状核的主要功能或许与长程投射调控其他脑区紧密相连,犹如复杂电路中关键的连接节点。
那么,如此重要的屏状核研究成果,究竟与脑波调频有着怎样千丝万缕的联系呢?
脑波,本质上是大脑神经元活动时所产生的电生理信号,其不同频率的脑波,如我们所熟知的 α 波、β 波、γ 波等,各自对应着大脑处于不同的活动状态以及执行不同的功能。而屏状核,作为大脑中承担信息整合重任的关键结构,极有可能在脑波调频这一复杂而精妙的过程中扮演着举足轻重的角色。从此次研究中发现的猕猴屏状核中约 40% 的细胞类型为灵长类所特有的现象来看,这些独特的细胞类型或许在对特定脑波频率的调制过程中发挥着不可或缺的作用。以兴奋性神经元 GNB4 为例,在猕猴屏状核中,它的占比高达 64.7%,并且呈现出明显的区域特异性分布;然而在小鼠中,其占比仅为 14.7%,且分布均匀。这种在不同物种间显著的进化差异,极有可能致使灵长类动物在脑波调频机制方面与啮齿类动物大相径庭,就如同不同型号的精密仪器,其内部的核心调节机制有着本质区别。
借助时空组学技术,研究团队成功确定了猕猴屏状核的精确边界,并且发现了全新的 RBC 区域,这一区域宛如一道独特的屏障,将屏状核与周围脑区巧妙隔开。同时,依据屏状核内部不同部位神经元的皮层投射偏好,研究人员进一步将其细致地分为前额叶、视觉、海马、运动四个功能区。更为重要的是,研究证实屏状核内部存在着广泛的前后轴联接,这一独特的结构特点能够有力地支持单个神经元整合多模态信息。而这一信息整合过程,极有可能与脑波频率的精细调整以及稳定维持密切相关。
在神经科学领域,意识的产生被普遍认为与特定脑波模式以及大脑高效的信息整合紧密相连。既然屏状核在信息整合过程中占据着如此关键的地位,那么它对脑波调频的潜在影响,或许也在意识产生的复杂过程中发挥着不可忽视的重要作用,犹如交响乐中不可或缺的关键音符,共同奏响意识的华丽乐章。
展望未来的研究方向,我们完全可以基于此次屏状核多模态图谱的丰硕成果,进一步深入探究屏状核细胞类型与脑波频率之间的具体联系。这一深入研究不仅有助于我们更加透彻地理解大脑信息处理以及意识产生的内在机制,为解开大脑这一神秘黑匣子提供关键线索,也可能为语言、精神类疾病的研究与治疗开辟全新的路径。
众所周知,许多语言和精神类疾病,如失语症、抑郁症、精神分裂症等,往往伴随着明显的脑波异常。若我们能够成功揭示屏状核在脑波调频中的作用机制,或许就能精准找到调节异常脑波、治疗相关疾病的新靶点和新方法,为众多饱受此类疾病困扰的患者带来新的希望之光。脑波调频与屏状核研究之间的关联探索,犹如一片充满无限可能的新大陆,正等待着我们满怀热忱与智慧去不断开拓、深入探索,引领我们持续深入大脑这片神秘而迷人的未知领域,不断改写我们对自身的认知。