【研究摘要】
科学家在大脑最重要的记忆中心之一发现了一种此前未被发现的分层结构。研究发现，海马体(hippocampus)的CA1区域包含四种不同类型的神经元带，每种神经元都由跨越整个结构的独特基因特征定义。
这种隐藏的架构解释了为什么CA1的不同部分支持记忆、导航和情感等不同行为。这一发现也为理解为什么特定神经元在阿尔茨海默病和癫痫等疾病中更容易受到损害提供了新框架。
【关键事实】
- 四种不同的神经元层：CA1区域包含四层连续的专业神经元类型，而非传统认为的细胞渐进混合。
- 单细胞基因图谱：研究人员对58,065个CA1锥体细胞中的33万余个RNA分子进行可视化分析，构建了高精度细胞类型图谱。
- 疾病相关性：分层结构可能解释阿尔茨海默病、癫痫等脑部疾病中神经元选择性丢失的机制。
【信息来源】：南加州大学(USC)
南加州大学(University of Southern California, USC)凯克医学院(Keck School of Medicine)的马克和玛丽·史蒂文斯神经影像与信息学研究所(Mark and Mary Stevens Neuroimaging and Informatics Institute, Stevens INI)研究人员，首次在大脑关键学习记忆区域发现未知的组织模式。
发表在《自然通讯》(Nature Communications)的这项研究表明，小鼠海马体CA1区域——负责记忆形成、空间导航和情绪调控的核心结构——存在四种不同类型的专业细胞层。这一发现彻底改变了对大脑信息处理机制的理解，并为解释阿尔茨海默病和癫痫等疾病中特定细胞易损性提供了新视角。
"长期以来，研究者推测海马体CA1区域不同部分处理学习记忆的不同维度，但始终不清楚底层细胞的排列规律，"该研究高级作者、USC生理学与神经科学助理教授Michael S. Bienkowski博士指出。
"我们的研究证实，CA1神经元被组织成四条薄而连续的带状结构，每条带代表具有独特分子特征的神经元类型。这些层并非固定不变，而是沿整个海马体长度呈现微妙的位移和厚度变化。"
"这种动态模式意味着CA1各区域拥有独特的神经元组合，从而解释不同区域支持不同功能的现象。这也阐明了为何某些CA1神经元在阿尔茨海默病和癫痫中更易受损：当疾病靶向特定层的细胞类型时，损伤程度取决于该层在CA1中的分布密度。"
研究团队采用RNAscope高精度RNA标记技术，结合超高分辨率显微成像，成功捕捉单分子基因表达的实时图像。在58,065个CA1锥体细胞中，研究人员可视化分析了超过33万个RNA分子——这些遗传信息精确指示基因的激活时空。通过追踪这些表达模式，团队绘制出海马体CA1区域不同类型神经细胞的精确边界图。
研究结果表明，CA1区域由四层连续神经细胞构成，每层均具有独特的活跃基因组合。在三维空间中，这些层形成动态变化的片状结构，沿海马体长度呈现厚度和形态的细微差异。这种清晰分层模式破解了早期研究将该区域视为细胞渐进混合体的困惑。
"当我们在单细胞分辨率下观察基因RNA表达模式时，清晰可见类似岩石地质层的条纹结构，每条代表特定神经元类型，"史蒂文斯INI整合连接组学中心博士研究员、论文共同第一作者Maricarmen Pachicano解释道，"这如同揭开了大脑内部架构的神秘面纱，这些隐藏层可能正是海马回路支持学习记忆差异的关键所在。"
作为阿尔茨海默病最早受损的脑区之一，海马体也与癫痫、抑郁症等神经系统疾病密切相关。通过揭示CA1的精细分层结构，本研究为探究各类疾病中特定神经元易损性提供了精确坐标。
"这类发现彰显了现代成像与数据科学如何革新我们对脑解剖学的认知，"USC凯克医学院神经科学Ghada Irani讲席教授、史蒂文斯INI主任Arthur W. Toga博士评价道，"该工作延续了我们从分子到全脑网络的多尺度脑图谱绘制传统，将为记忆与认知的基础研究和临床转化提供重要依据。"
基于海马体基因表达图谱(Hippocampus Gene Expression Atlas, HGEA)构建的新版CA1细胞类型图谱，已向全球科研社区免费开放。该数据集包含通过史蒂文斯INI开发的Schol-AR增强现实应用实现的交互式3D可视化功能，使科学家能以前所未有的精度探索海马体层状结构。
由于小鼠的分层模式与灵长类及人类大脑高度相似——包括CA1区域的厚度变化规律——研究人员认为这可能是哺乳动物脑结构的普遍特征。尽管仍需人类样本验证，但该发现为未来研究海马体架构如何支持记忆认知功能奠定了重要基础。
"理解这些层状结构如何与行为关联是下一个关键挑战，"Bienkowski强调，"我们现在拥有研究特定神经元层如何贡献于记忆、导航和情绪等多元功能的理论框架，以及解析其紊乱如何导致疾病的全新视角。"
【关于本研究】
除Bienkowski和Pachicano外，研究团队还包括Shrey Mehta、Angela Hurtado、Tyler Ard、Jim Stanis和Bayla Breningstall。
【资金支持】
本研究获美国国立卫生研究院/国家老龄化研究所(NIH/NIA，项目号K01AG066847, R36AG087310-01, supplement P30-AG066530-03S1)、国家科学基金会(NSF，项目号2121164)及USC神经元长寿中心资助。研究数据获美国国立卫生研究院主任办公室支持(项目号S10OD032285)。
【关键问题解答】
问：海马体中发现了什么新结构？
答：科学家发现CA1区域被组织成四种不同类型的专业神经元层，而非传统认知的细胞渐进混合体。
问：为什么CA1区域至关重要？
答：CA1在学习、记忆形成、空间导航和情绪处理中发挥核心作用，是大脑记忆系统的关键枢纽。
问：该发现对脑疾病研究有何意义？
答：不同神经元层可能在阿尔茨海默病和癫痫等疾病中呈现选择性脆弱性，这解释了为何脑损伤呈现区域特异性分布特征。
【编辑说明】
- 本文经神经科学新闻编辑审校
- 已完成期刊论文全文核查
- 补充了必要的专业背景信息
【研究资讯】
作者：Laura LeBlanc
来源：南加州大学(USC)
图像归属：神经科学新闻
【原始研究】
开放获取论文："锥体神经元细胞类型的层状组织定义了不同的CA1海马分子亚区"
Michael S. Bienkowski等，《自然通讯》
【研究摘要】
海马体CA1区域的细胞类型组织研究，对理解其在记忆认知中的功能及阿尔茨海默病等神经疾病的易感性至关重要。
既往研究提出CA1锥体层存在基因表达梯度或镶嵌式组织模式。
本研究首次识别出跨越全海马轴的小鼠CA1锥体层亚层基因表达模式，证实CA1亚区域(CA1d, CA1i, CA1v, CA1vv)包含差异化分布的神经元类型层，且可通过区域特异性基因表达特征精准识别。
该成果为CA1细胞组织提供了全新理论框架，将推动跨物种海马体细胞类型的深入探索。
【全文结束】
