小鼠未定带的GABA能神经元全脑连接组分析
Whole-Brain Connectome of GABAergic Neurons in the Mouse Zona Incerta
杨洋1 • 李向宁1,2 • 龚辉1,2
1华中科技大学武汉光电国家研究中心，武汉430074，中国
2华中科技大学苏州脑空间信息研究院，江苏省产业技术研究院，苏州215123，中国
第一作者：杨洋
通讯作者：龚辉、李向宁
未定带（Zona incerta, ZI）是外侧下丘脑中的一个以抑制性GABA能神经元为主的脑区，具有丰富的输入和输出连接，参与暴食、捕食、睡眠、探索、恐惧记忆、痛觉等多种功能，也是治疗帕金森症的深部脑刺激靶点。目前对ZI的全脑环路结构的研究仍不充分，缺乏不同亚区环路结构的比较研究。
该研究将ZI分为吻侧、中内侧、中外侧和尾侧四个亚区，利用嗜神经病毒环路示踪工具和Vgat-ires-Cre转基因小鼠分别标记其中的GABA能神经元的输入神经元胞体和投射纤维，并采用荧光显微光学切片断层成像技术(Fluorescence micro-optical sectioning tomography, fMOST）获取了亚微米分辨率的全脑三维连续数据集（图1）。通过对图像进行自动分析，识别出输入神经元与投射纤维信息，并匹配至小鼠参考脑图谱，定量分析了全脑的输出和输入环路结构。
图1输入和输出环路图谱数据获取流程的示意图
通过在全脑范围内对输入环路的分析，发现ZI主要接受来自皮层、下丘脑和中脑的投射。ZI不同亚区的输入脑区存在较大的差异，根据到ZI不同亚区的投射情况，可以将投射到ZI的皮层脑区分为三类（图2）：第一类主要与认知和情绪等高级功能相关，包括内侧前额叶边缘前区、边缘下区和眶前额皮层；第二类主要与运动相关，包括扣带回、初级和次级运动皮层；第三类主要由感觉相关的皮层组成。表明皮层到ZI的投射环路符合拓扑映射的组织模式。
通过对全脑输出数据集的分析，发现ZI主要输出至丘脑、下丘脑和中脑，不同亚区的输出脑区有较大的差异，也符合拓扑映射的方式。以上丘(Superior colliculus, SC)的投射为例，ZI的四个亚区的GABA能神经元沿吻-尾轴纵向对应的模式分别投射至SC的不同亚区，（图2）。ZI投射到丘脑、下丘脑的连接也呈现出拓扑映射对应关系。
图2ZI连接模式示意图。箭头面积示意了连接的相对强弱。吻侧（Rostra ZI，ZIr）、中内侧（Intermediomedial ZI, ZIim）、中外侧（Intermediolateral ZI, ZIil）和尾侧（Cauda ZI, ZIc）。
综上所述，该研究绘制了ZI的GABA能神经元的全脑输入和输出图谱，比较了不同亚区之间输入以及输出，阐述了ZI与主要连接脑区之间的连接模式。该研究为ZI的功能研究建立了解剖学数据集和参考图谱，也从新的视角解析了脑的环路组织规律。
关键词：未定带；GABA能神经元；全脑连接组；输入环路；输出环路；拓扑映射
