主導大腦記憶的海馬區有了新發現，將為腦疾病治療提供理論指導

海馬腦區有什么作用？除了學習記憶功能中的核心地位，海馬腦區還被發現參與了多種不同大腦功能，比如恐懼記憶、場景認知、記憶泛化、情緒焦慮和社交記憶等。

隨著科學研究的推進，海馬腦區的功能研究也在不斷拓展。2月2日，《科學》期刊在線發表了題為《Wholebrain spatial organization of hippocampal singleneuron projectomes》的研究論文。該研究解析了海馬神經元的空間聯接規律，并建立了小鼠海馬腦區單神經元的全腦介觀投射聯接圖譜的數據庫，也是目前世界上最大的單神經元全腦投射圖譜數據集。

該研究成果由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）領銜，與華中科技大學蘇州腦空間信息研究院、海南大學、中國科學院昆明動物研究所、臨港實驗室、上海腦科學與類腦研究中心等多家單位的科研團隊合作完成。神經科學研究所研究員徐春、孫衍剛、孫怡迪、姚海珊，臨港實驗室研究員李澄宇和華中科技大學蘇州腦空間信息研究院龔輝教授為該論文共同通訊作者。

論文共同通訊作者、中國科學院腦智卓越中心研究員徐春對第一財經介紹，海馬腦區是學習記憶、空間認知、情感記憶的核心腦區，是退行性腦疾病中的核心腦區。文章解析了海馬神經元的空間聯接規律，并建立了小鼠海馬腦區單神經元的全腦介觀投射聯接圖譜的數據庫。“從這些空間聯接規律出發，就可以衍生出眾多的功能研究課題。”

為疾病治療提供理論指導

科學家們對海馬功能的探索已長達近一個世紀。

有關海馬腦區與記憶功能緊密相連的科學證據，最早來自于廣為人知的Henry Molaison（19262008）病例研究。為了治療癲癇，病人被切除了海馬和周邊的部分顳葉組織。病人在術后表現為短期記憶嚴重受損，而長期記憶卻不受影響。海馬與學習記憶相關功能的研究拉開了序幕，之后海馬神經元突觸可塑性的研究進一步奠定了海馬腦區在學習記憶功能當中的核心地位。

在上世紀七十年代，約翰·歐基夫（John O’Kefee）等科學家首先在大鼠的海馬區內發現了位置細胞（place cell），并獲得2014年諾貝爾生理學與醫學獎，從此也揭示了海馬區在空間信息表征和導航中的重要作用。

不過，以往的研究絕大部分都停留在群體神經元標記的水平，海馬單神經元的多樣化全腦投射模式并不清楚。因此，研究單個海馬神經元的全腦投射模式具有重要的科學意義。該研究從細胞圖譜到聯接圖譜，揭示了全新的海馬神經元投射模式以及海馬體內外靶區的協調投射規律，發現了海馬單細胞的空間投射規律。

中國科學院院士、中國科學院腦智卓越中心學術主任蒲慕明介紹，這些研究成果為研究海馬神經元相關的功能和疾病提供了環路和分子基因的靶點，為左右腦半球的信息交流和相互調節提供了新的證據，為海馬參與學習記憶、空間認知、導航、焦慮、應激等多種功能提供新的神經環路理論指導。

雖然作者團隊大多都是學生物出身，不過為了做這個課題，徐春他們也開始涉足計算機學科的研究。“在數據分析中，我們需要做很多計算機類、偏數學的技術處理，這對我們來說是非常困難有挑戰的學習過程。所以我們有很長的一段時間都在反復嘗試用什么樣的分析方法、方式來研究，比如海馬腦區的長軸到底怎么樣能把它抓取出來，都是很大的挑戰。”徐春說。

在和數據與計算中心的同事進行合作交流后，徐春領銜的研究團隊最后找到了解決方案——三維重構了上萬個小鼠海馬區單神經元的全腦投射軸突形態。這些海馬神經元的胞體覆蓋了海馬的各個亞區和海馬多維軸向的不同位置。

據團隊介紹，該研究構建的小鼠海馬區單神經元的全腦介觀投射圖譜數據庫已經通過腦科學門戶網站公開共享（https://mouse.digitalbrain.cn/hipp）。中國科學院腦智卓越中心腦科學數據與計算中心開發了集可視化、交互和分析為一體的工具，并提供數據下載服務。

中國腦科學計劃要重點突破

我國“十四五”規劃將“腦科學”列為國家重點前沿科技項目。2021年9月，科技部公布的科技創新2030“腦科學與類腦研究”重大項目2021年度項目申報指南，涉及59個研究領域和方向，國家撥款經費預計超過31.48億元人民幣，這也標志著中國腦計劃正式啟動實施。

對于中國“腦計劃”，各領域科學家提出了“一體兩翼”的布局建議，即以研究腦認知的神經原理為“主體”，研發腦重大疾病診治新手段和腦機智能新技術為“兩翼”。

2日刊發的研究就受到了科技部重點研發計劃、科技部科技創新2030重大項目“腦科學與類腦研究”、上海市級重大專項“全腦神經聯接圖譜與克隆猴模型計劃”、中國科學院、基金委、上海市、臨港實驗室重大任務等項目的支持。

中國科學院院士、中國科學院腦智卓越中心學術主任蒲慕明對第一財經介紹，中國腦計劃的一個重要目標，就是要弄清全腦神經元是如何聯接的。他解釋，美國腦計劃起步早，已開展十年，而中國腦計劃剛推行兩年，還需要更多支撐并突出優勢領域。

比如我國目前在聯接圖譜和非人靈長類領域在國際上是有優勢的，但還需要更多人的參與與支撐，并展開國際合作，畢竟猴腦比鼠腦要復雜得多，需要全世界的合作來完成這個任務。“而且科學研究中不是說所有的內容都要去做，而是 ‘有所為，有所不為’，在重要的領域占有一席之地，突出優勢領域。”蒲慕明說。

對于該研究的下一步計劃，徐春告訴記者，首先就是關心跨物種的演化，因為現在是在小鼠身上，而海馬腦區是一個進化非常保守的區域，“希望能夠把這項研究推廣到其他物種，這個方向也是我們未來要做的。”