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本文由brainnews脑科学世界团队原创编译 ， 转载请联系授权 。
丘脑参与了包括感觉处理、注意力、决策和记忆在内的多种脑功能 。 传统上 ， 我们认为丘脑不同的核团组织决定了其功能多样性 。 近来 ， 麻省理工学院冯国平教授研究团队于2022年2月在Nature Neuroscience发表综述文章 ， 使用先进的表达谱研究揭示了丘脑核团内和跨核团的单细胞水平基因表达梯度 ， 并结合解剖学追踪和生理分析 ， 提出了以前未被认知的异质性 ， 提出亚群和子网络两个关键概念 。
冯国平教授团队根据独特的输入-输出连接模式和基因表达重新定义了丘脑的功能单位 ， 并认为由遗传学、连接性和计算交叉定义的丘脑子网络更适合进行功能水平的描述；适当的扰动产生的行为表型也支持子网络这一概念 。 文章提供了几个丘脑子网络的例子 ， 并针对这个新的视角如何推动基础神经科学进步 ， 揭示具有治疗潜力的独特靶点提出建议 。
团队介绍：
通讯作者冯国平Ph.D麻省理工学院脑与认知科学系麦格文脑研究所神经科学客座教授 。 致力于了解调节大脑中突触发育和功能的机制 ， 以及突出功能障碍如何导致精神疾病 。 其实验室使用基因动物工程模型 ， 将尖端技术和多学科方法相结合 ， 截至神经发育和精神疾病的神经生物学机制 。
前文阅读：
- Neuron：MIT冯国平团队揭示丘脑前核同时参与了自闭症和精神分裂症的致病机制
- Nature重磅：冯国平/傅展燕/Joshua Levin等合作团队绘制丘脑网状核“综合图谱”
- 光遗传学再升级！Neuron发布MIT冯国平团队新成果——对光线极为敏感的新蛋白SOUL
- Nat Neurosci：MIT冯国平团队发现孤独症中感觉异常的中枢神经机制
- 中国或将成为灵长类基因编辑研究的“世界中心”----专访MIT冯国平教授
丘脑是哺乳动物前脑的中心结构 ， 接受各种皮质和皮质下结构的输入 ， 大致可分为背侧和腹侧亚区 。 丘脑背侧大多为兴奋性神经元 ， 主要投射到皮质、杏仁核和纹状体 ， 而腹侧丘脑不投射到皮层 。
传统上 ， 丘脑根据尼氏染色和粗略的输入-输出连接模式被划分为单独的核团；丘脑背侧约有50个不同的兴奋性核团 ， 可分为七个主要分区：前部、内侧部、外侧部、腹侧部、板内组、中线组和后部组 。 高比例的抑制性神经元位于丘脑腹侧的丘脑网状核(TRN)中 。
图1：啮齿类动物不同的丘脑核团
细胞类型、亚群和子网络
此篇综述首先明确定义了三个关键术语 。
1、“细胞类型” ， 是通过单一方法识别的特征 ， 在单个丘脑核团中 ， 根据形态学、神经化学或生理学来定义的 。 例如 ， 形态学可以根据胞体大小和树突分支模式的不同来识别神经元 ， 神经化学可以表明细胞类型是兴奋性的还是抑制性的 ， 生理学可以利用不同的感觉反应模式来识别神经元 。
2、“亚群” ， 现代基因图谱的出现使“亚群”的识别成为可能：即共享特定模式的细胞群 。
3、“子网络” ， 将一个或多个具有特定功能的亚群定义为“子网络” 。 由于每个神经元或亚群通常具有多个输入和输出 ， 因此在不同的功能子网络中使用相同的亚群很可能是一种常见而有效的功能电路组装方法 。 例如 ， 对于给定的功能 ， 亚群A可以与亚群B形成子网络 ， 但是与亚群X形成子网络以服务不同的功能 。 这一定义是前瞻性的 ， 需要未来的实验来继续验证和完善 。
图2：从丘脑核团到子网络
单个核团、细胞类型、亚群和子网络之间的关系 。
丘脑神经元的抑制性
丘脑神经元表现出异质性的观点很早就被认识到了 。 这种异质性可以在形态学、输入和输出、生理和神经递质定位的水平上观察到 。
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