科学家们早已知晓不同多巴胺通路控制着不同的大脑功能。如今，约翰斯·霍普金斯大学工程师团队发现大脑中存在28种截然不同的释放多巴胺神经元类型。这一发现揭示的多巴胺系统多样性远超传统教科书描述或近期基因研究所识别的少数类型。
多巴胺是大脑中产生愉悦感和动机的化学物质，但科学家们一直难以绘制这些神经元在全脑范围内的连接图谱。研究团队运用新型分子条形码技术POINTseq，同时绘制了小鼠大脑中数千个神经连接，揭示出先前方法无法捕捉的复杂性与特异性层次。由于多巴胺在运动控制、奖赏机制和学习过程中发挥核心作用，理解这种多样性将推动从帕金森病到成瘾和抑郁症等多种疾病的深入研究。
研究团队已于6月4日在《神经元》期刊发表研究成果。首席研究员、生物医学工程助理教授尤斯图斯·凯布施尔解释："POINTseq的核心理念是为特定神经元群体中的每个细胞标记独特RNA条形码。通过追踪这些条形码的传播路径，我们能绘制神经元的连接图谱。这不仅超越了简单的神经元分类，更揭示了不同通路如何协同形成影响我们思维和行为的脑回路。"
凯布施尔与博士后研究员金孝弼利用新型工程病毒，向小鼠大脑中近6000个靶向多巴胺神经元导入独特RNA条形码。条形码在细胞内复制后，沿轴突——即连接大脑其他区域并传递信号的长"导线"——传播。这种RNA条形码如同细胞GPS追踪器，可揭示神经元轴突在全脑的投射位置。
研究团队随后采集小鼠大脑不同区域的组织样本，通过基因测序定位条形码。通过匹配跨脑区的条形码，团队精确绘制了单个神经元的投射目标并量化了每个连接的强度。该方法揭示的多巴胺神经元连接多样性远超早期技术的检测能力。
金孝弼指出，先前神经元标记方法存在明显局限：部分方法能追踪大量神经元却无法提供关键功能信息，如基因表达谱或活性状态；而能兼顾两者的新方法成本高昂且技术复杂，在面对重叠脑区时（神经网络映射的常见挑战）表现不佳。"要全面理解脑部疾病，必须同时考察神经元的物理投射目的地及其基因身份特征，"金孝弼强调，"POINTseq通过领域通用技术整合单神经元投射模式与基因活性信息，在保留早期方法简便性和低成本优势的同时，使全球实验室都能轻松开展大规模多动物研究。"
下一步，团队将验证这些新绘制通路是否真正控制其布线模式所暗示的特定行为。POINTseq已显示单个多巴胺神经元可能是"多任务处理者"，常同时与多个脑区进行通信。例如，研究人员发现某些多巴胺回路同时向大脑决策中心和恐惧情绪中枢——杏仁核发送信号，推测这种分支通路有助于人类识别危险并从威胁中学习。
"脑部疾病状态下神经布线如何改变？学习过程中回路如何重塑？"凯布施尔表示，"POINTseq终于使我们在必要规模上研究这些基础神经科学问题成为可能。"研究团队还包括生物医学工程系的徐成、克雷格·华盛顿和玛吉·洛曼，以及神经科学系的凯莱布·施。该研究主要获得美国国立卫生研究院多项资助，同时得到西蒙斯自闭症研究倡议试点奖、大卫与露西尔·帕卡德基金会以及克林根斯坦-西蒙斯神经科学奖学金的支持，自闭症科学基金会博士后奖学金和美国国家科学基金会研究生研究资助也提供了额外支持。
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