索尔克研究所的科学家们推出了一种新的大脑映射神经技术，名为Single Trans转录组辅助狂犬病追踪(START)。这种尖端的工具结合了两种先进的技术——无突触狂犬病病毒追踪和单细胞反式密码组学-绘制大脑复杂的神经系统部分公司连接无与伦比的精度。

　　利用这项技术，研究人员首次确定了大脑皮层中抑制性神经元的转录组亚型形成的连接模式。他们说，有了这种绘制神经元亚型连通性的能力，将推动新疗法的发展，这种疗法可以更具体地针对某些神经元和回路。这种治疗方法可能比目前的药理学方法更有效，副作用更少。

　　这项研究发表在2024年9月30日的《神经元》杂志上，是第一个以转录组细胞类型的分辨率来解决皮质连通性的研究。

　　他说，这就像在不知道发动机或车轴是什么的情况下试图修理一辆汽车一样。但如果你有一张汽车零件的图表，你就可以开始理解它们是如何协同工作，使车轮旋转和汽车移动的。这些知识将使您更容易发现系统中的问题，并找出需要哪些工具来修复它。

　　在描述大脑的部分时，神经元最初被分为两大类:兴奋性(刺激大脑活动的神经元)和抑制性(抑制活动的神经元)，类似于汽车的油门和刹车。从那里，它们可以进一步分为亚类:兴奋性神经元根据它们所在的大脑层进行分类，而抑制性神经元根据它们表达的标记蛋白进行识别。

　　转录组学的最新进展现在允许进一步分解这些亚类。利用单细胞RNA测序，科学家们现在可以将具有相似基因表达模式的细胞分组，并将每一组细胞定义为特定的神经元亚型。

　　卡拉威说:“定义细胞类型很复杂，因为你可能会根据你使用的观察方法对细胞进行不同的分组。”“两个细胞可以有轻微不同的基因表达模式，但执行相似的功能，或者两个具有相似基因表达的细胞可以根据它们的解剖结构、连通性或生理学进一步分离。如果您只考虑这些特性中的一个，那么最终可能会导致组拆分过度或拆分不足。START帮助我们了解什么水平的分类可能对回路功能最有意义，这将告知哪些细胞是新疗法的目标。”

　　为了创建START，卡拉威实验室设计了一种方法，将单细胞RNA测序与他们之前开发的另一种技术相结合:单突触狂犬病毒追踪。这种方法可以让修饰过的病毒从一种感兴趣的细胞类型跳到与它直接相连的细胞类型。通过检测病毒在哪里结束，研究人员可以绘制出哪些细胞与哪些细胞相连。

　　研究人员首先使用他们的新工具来探索小鼠视觉皮层的连接模式。START能够分辨出该区域约50种不同的抑制性神经元亚型，并绘制出它们与皮层每层兴奋性神经元的连接图。研究人员的发现确定了不同转录组亚型抑制性神经元之间不同的连接模式，这些模式是用以前的方法无法区分的。

　　“人们经常把所有的抑制性神经元作为一个单一的统一的群体来对待，但它们实际上是非常多样化的，试图研究或临床目标是将它们作为一个群体，可能会掩盖对大脑功能和疾病至关重要的差异，”第一作者Maribel Pati?o说，她是卡拉威实验室的前研究生，目前是加州大学圣地亚哥医学院的精神病学住院医生。

　　START显示，兴奋性神经元的每个皮质层接受来自Sst、Pvalb、Vip和Lamp5抑制细胞的特定转录组亚型的选择性输入。每种亚型的独特连接有助于建立复杂的微电路，这些微电路可能有助于特定的大脑功能。

　　例如，研究人员能够解决一种被称为Sst Chodl细胞的抑制亚型，这种细胞被认为与睡眠调节有关。通过START，他们发现Chodl细胞是与第6层兴奋性神经元连接最紧密的细胞类型，而第6层兴奋性神经元会投射到丘脑以协调睡眠节奏。

　　这一前所未有的分辨率将使神经科学家能够继续揭示特定的神经元亚型如何塑造大脑回路，从而产生我们的思想、感知、情感和行为。

　　研究人员的下一步是创造针对每种细胞亚型的病毒载体和基因编辑技术。在未来，这些工具可以被改编成新的治疗方法，选择性地修改导致自闭症、Rett综合征和精神分裂症等疾病的特定神经元群。

　　卡拉威说:“我们不知道10年或20年后这些信息将如何被使用，但我们知道的是，技术正在迅速变化，今天用药物治疗大脑的方式与未来治疗大脑的方式不同。”START可以帮助推动这一创新，因此病毒和资源都可以免费供整个神经科学界使用。”

　　其他作者包括Marley A. Rossa, william Nu?ez Lagos和Salk研究所的Neelakshi S. Patne。

　　这项工作得到了美国国立卫生研究院(R34 NS116885, T32 GM007198, P30 014195, S10 OD023689)和Paul and Daisy Soros新美人奖学金的支持。