| 斑胸草雀听觉端脑中芳香化酶与非芳香化酶神经元的相似突触及电流输入特性 |
Furest Cataldo, B. |
2026-07-19 |
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雌激素通常以其在性发育和成熟中的作用而闻名，但同时也支持多种大脑功能，包括认知、神经保护和感觉处理。例如，在鸣禽的听觉前脑区域——尾内侧新纹状体（NCM）中，神经雌激素会因同种声音和社会刺激而升高；反之，NCM中升高的神经雌激素已知能快速增强听觉处理，且不受性别影响。尽管神经雌激素对大脑功能至关重要，但芳香化酶（神经雌激素合成酶）神经元与非芳香化酶表达神经元在细胞和生理特性上是否存在差异，目前仍不清楚——这种差异可能类似于其他类固醇生成细胞类型（如肾上腺细胞）中观察到的特化现象。因此，我们系统分析了表达芳香化酶和不表达芳香化酶的NCM神经元，通过离体全细胞电生理记录结合免疫组化揭示芳香化酶表达，以确定它们在突触和电流输入特性上的差异。电流钳记录显示，除达到膜后超极化峰值时间的适度差异外，芳香化酶与非芳香化酶神经元之间无显著差异。同样，突触后电流的电压钳记录也未发现两种细胞类型间的显著差异，表明它们具有相似的突触输入密度。因此，在鸣禽高级纹状体中，芳香化酶与非芳香化酶NCM神经元共享相似的内在膜特性（如兴奋性）和突触输入动力学。我们的发现为以下可能性留出空间：芳香化酶与非芳香化酶神经元在计算和/或调节功能上的差异，可能源于其传入和传出投射的特异性或神经化学特异性。 |
| 发育性丰富化增强了拓扑结构化的本体感觉皮层编码 |
Palacio Manzano, M. |
2026-07-19 |
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本体感觉皮层的组织源于发育过程中肢体使用的经验依赖性模式，而非仅仅反映外周神经支配。然而，这些发育性变化的具体程度和细节仍知之甚少。为探究此问题，我们研究了早期环境富集如何重塑小鼠前肢体感皮层的拓扑结构和功能特性。通过宽场钙成像，我们发现环境富集并未引起中尺度激活图的主要重组。为解析细胞层面的拓扑结构，我们开发了一种大视野荧光宏观镜，能够对整个激活区域内的单个神经元进行无偏成像。我们识别出方向调谐中存在拓扑组织的偏好性，其中体感和运动区域编码近体空间内的不同运动轴。发育性富集在细胞层面重塑了这种各向异性表征。环境富集并未通过均匀化各运动方向上的调谐来减少方向偏差，而是通过锐化其拓扑分离性并将神经元调谐集中于共同的近体空间轴，从而增强了各向异性。因此，我们的研究揭示，丰富的肢体使用和感觉运动探索强化了小鼠本体感觉皮层对朝向身体运动的生态相关特化。 |
| 星形胶质细胞中的FMRP调节脆性X综合征中脊髓小清蛋白表达神经元的功能 |
Qiu, H. |
2026-07-19 |
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触觉过敏是脆性X综合征（FXS）的常见症状，表现为对无害触摸或质地的过度反应。然而，这种感觉处理异常的神经环路机制尚不完全清楚。以往研究主要关注皮层和周围神经元的功能障碍。但作为体感整合的第一个中枢位点，脊髓背角环路同样包含可能促成无害刺激过敏的要素，但其在FXS病理中的作用仍未被充分理解。本研究发现，脊髓中表达小清蛋白（PV）的抑制性中间神经元（PVNs）——这类神经元通过门控触觉输入避免激活伤害性通路——在FXS中功能异常。利用FXS小鼠模型（全基因Fmr1敲除；gKO），我们发现背角PVNs存在功能缺陷，表现为PV表达降低和无法维持强直放电。为确定这些缺陷是否源于细胞内在机制，我们选择性敲除了PVNs中的Fmr1基因。这种敲除未能重现gKO小鼠中观察到的分子和电生理变化。相反，星形胶质细胞特异性敲除Fmr1则复现了gKO小鼠的关键特征，包括PV表达和放电频率下降。为理解放电缺陷的生物物理学基础，我们采用基于电导的Hodgkin-Huxley模型模拟脊髓PVNs。令人惊讶的是，仅修改内在膜电导不足以解释实验数据。事实上，PVN放电需要整合额外的钙依赖性突触外成分，这与星形胶质细胞（而非PVN特异性）缺失FMRP可重现gKO小鼠PVN表型的实验结果一致。综上，这些发现表明脊髓PVNs的缺陷主要源于星形胶质细胞而非PVNs自身FMRP缺失。这揭示了背角抑制性环路的星形胶质细胞依赖性功能障碍是FXS此前未被表征的后果。 |
| 兴奋性延迟耦合解释了同相和反相的功能连接 |
Omurtag, A. |
2026-07-19 |
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脑区间协调的振荡活动支撑认知功能，但支配这种协调的相位关系仍知之甚少。我们利用31名参与者执行运动学习任务时的头皮脑电图数据，发现跨位点相位聚类主要发生在同相或反相关系，两者间的转换由传导延迟调控。同源半球间配对即使距离较远仍保持同相，这与较快的胼胝体传导一致。一个由两个延迟耦合兴奋性群体组成的极简模型无需参数调整即可复现这些特征；稳定性分析表明，同相与反相振荡源于竞争性不稳定性，延迟决定何种模式占主导。任务表现使额顶网络转向同相连接，这种调节能被相位关系指数（PRI）捕捉，但被传统聚类指标遗漏。来自独立数据集的初步证据表明这些模式具有普适性。这些发现挑战了零延迟连接反映容积传导的假设，提供了将传导延迟与相位组织关联的机制性解释，并引入PRI作为对现有测量手段不可见的功能相关连接变化敏感的指标。 |
| 早期逆境选择性重塑发育中的大脑中的躯体-认知动作网络 |
Antonacci, C. |
2026-07-19 |
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早期逆境是影响发育中大脑的最强环境因素之一；然而它是否会重塑皮层网络的区域布局，以及沿哪些维度重塑，目前尚不清楚。在4525名9-18岁青少年的纵向样本中，我们推导了个体化的皮层分区，并将15个网络的地形结构与10个数据驱动的逆境维度相关联。暴露于更高程度的威胁（而非剥夺或不可预测性）可预测躯体-认知动作网络（SCAN）呈剂量依赖性扩张，其效应规模是其他任何网络的近七倍。SCAN向感觉运动极方向扩张，侵入邻近区域，并将功能连接转向感觉运动系统而远离控制系统。这种扩张中介了威胁与认知能力下降之间的关联，该效应在多个时间点、儿童个体内及样本外均得到重复验证。逆境对发育中皮层的影响并非弥散分布于多个系统，而是汇聚于一个将大脑与身体耦合的单一整合网络区域。 |
| 学习第二语言阅读会在VWFA中建立与母语表征并行的第二语言表征。 |
Fan, S. |
2026-07-19 |
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学习第二语言阅读需要大脑将新的书写系统整合到已建立的母语阅读网络中，但这一过程如何重塑视觉词形区（VWFA）仍知之甚少。我们采用被动观看范式的功能性磁共振成像，系统研究了三个处于不同第二语言读写习得阶段的普通话母语儿童组（第二语言前阅读者、第二语言初级阅读者和第二语言高级阅读者）中，VWFA对中文（L1）和英文（L2）词汇的反应演变。我们结合单变量激活分析、表征相似性分析和监督机器学习分类，探究了VWFA重组的两种理论模型：叠加模型（预测L2反应出现时L1反应保持稳定）和竞争模型（预测神经资源从L1向L2的竞争性重新分配）。研究发现，尽管VWFA已对L1词汇表现出稳健的选择性反应，但L2词汇选择性在L2前阅读者中缺失，而在初级阅读者中显著出现，且L1词汇选择性在整个过程中保持稳定。表征相似性分析进一步揭示，VWFA内稳健的L2词汇表征仅在儿童开始学习阅读L2后出现，而L1词汇表征在所有三组中保持稳定。最后，监督机器学习分析成功基于L2（而非L1）激活模式区分了三个L2读写组，表明仅VWFA对L2的反应就足以捕捉儿童的L2读写习得阶段，而对L1的反应对L2学习经验不敏感，不支持竞争模型关于神经资源从L1竞争性重新分配的预测。这些发现共同支持叠加模型，证明VWFA在不损害L1文字处理的前提下，将新书写系统整合到其现有皮质资源中。 |
| 大规模人群神经影像学揭示了功能性脑组织中潜在的亚组结构。 |
Farahibozorg, S. R. |
2026-07-19 |
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大规模功能磁共振成像数据集为理解人类大脑功能的个体间差异以及将这些差异与行为和健康联系起来提供了资源。然而，现有的大多数方法未能弥合群体平均模型与个体特异性模型之间的差距，限制了对个体间结构化亚组异质性的识别。在此，我们开发了一个可扩展的框架，用于在来自19993名英国生物银行参与者的群体规模静息态功能磁共振成像数据中进行无监督亚组发现。利用随机概率功能模式，我们估计了群体信息化的静息态网络个体化空间拓扑结构，并为每位参与者推导出高维功能指纹。随后，我们通过独立对每个指纹特征应用高斯混合模型来识别潜在亚组，从而在1000个功能维度上生成数百个可复现的亚组定义。我们报告了亚组之间在认知、生活方式、身心健康等一系列非成像表型中约5700个显著差异。大脑网络的空间组织揭示了感觉运动系统和高级认知系统中的显著亚组差异，此外还与大脑区域遗传变异模式相对应。这些结果共同表明，大规模功能神经影像包含与行为和生物学变异相关的丰富潜在亚组结构。我们的框架为人类大脑功能的分层模型和群体神经科学提供了可解释且可扩展的基础。 |
| 功能连接梯度依赖于皮层采样位置和大脑状态。 |
Li, M. |
2026-07-19 |
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功能连接分析常将邻近皮层位置采样的信号视为可互换的，尽管灰白质边界存在解剖学和血流动力学过渡。我们检验了采样位置是否构成宏观功能组织的状态敏感维度。在176名人类连接组计划年轻成人（含四次7T静息态和四次电影观看扫描）中，BOLD时间序列从个体特异性中厚层和灰白质边界表面采样，汇总至400个皮层分区，并嵌入共同功能梯度空间。电影观看减少了表面间主梯度分离，但该效应存在空间异质性：视觉、边缘和默认网络趋同，而突显/腹侧注意皮层分化。沙普利分解与反事实分析表明，状态变化反映两种表面表征的协同重构，而非单一表面趋近另一表面。原始连接性模式的变化追踪梯度变化，表明该结果并非仅由嵌入引入。两种表面在电影观看期间均表现出刺激锁定的被试间功能连接。然而，刺激共享分离仅部分捕捉电影状态组织，且无法解释电影减静息态的变化。最后，在172名匹配被试中，静息态分离图谱从7T泛化至3T，但绝对幅度与跨场个体排序稳定性较低。这些发现确立了皮层采样位置作为功能连接几何的可解释测量维度。其空间组织在采集间可重复，但幅度与状态依赖性存在变异，强调BOLD信号相对于皮层边界的采样位置可影响宏观脑组织的结论。 |
| 通过微流控分离和DIA-MS技术对人类iPSC衍生神经元的深层轴突蛋白质组学分析 |
Sauter, C. M. |
2026-07-19 |
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神经元的一个关键特征是其区室化为胞体、树突和轴突。轴突高度特化用于长距离信号传递，但在神经退行性病变中也表现出独特的脆弱性，这暗示了轴突蛋白质组的特异性。然而，由于难以分离足够数量的纯轴突材料用于传统质谱分析，轴突蛋白质组的深度表征一直受到限制。本研究将基于微流控的轴突-胞体分离技术与Orbitrap Astral质谱仪上的数据非依赖性采集质谱（DIA-MS）相结合，对人诱导多能干细胞（iPSC）来源的皮层神经元进行区室分辨蛋白质组的深度分析。我们在胞体树突区室中定量了超过9,000种蛋白质，在轴突区室中定量了约6,000种蛋白质——据我们所知，这代表了迄今报道的最深层次人类轴突蛋白质组。差异丰度分析鉴定出1,250种轴突富集蛋白，这些蛋白与囊泡介导运输、突触囊泡动力学和细胞骨架组织等轴突相关通路高度富集。将该工作流程扩展至iPSC来源的下运动神经元后，我们揭示了皮层神经元与下运动神经元共有的417种核心轴突富集蛋白，以及亚型特异性轴突特征——这些功能差异仅通过区室限制性分析才得以显现。我们展示了遗传性痉挛性截瘫和肌萎缩侧索硬化症等神经退行性疾病相关基因的广泛覆盖，为解读疾病相关突变如何差异影响轴突与胞体树突蛋白质稳态建立了定量参考。该工作流程与资源可直接应用于其他神经元亚型和疾病模型，为研究健康与疾病状态下的轴突蛋白质组动态铺平道路。 |
| 自发性脑类器官活动中的涌现拓扑结构 |
Bodnia, E. |
2026-07-19 |
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神经活动普遍被认为组织在嵌入高维状态空间的低维结构中。持续同调直接从成对相关模式中读取此类结构，无需预先假设哪些变量具有相关性。我们将持续同调应用于人类（Lancaster）和小鼠（Pa\c{s}ca）皮层类器官自发活动的微电极阵列记录，涵盖26至234个同步分选单元，探究拓扑数据分析是否能在神经记录实际提供的节点数量下解析结构。在相关空间中构建加权网络并通过Vietoris-Rips过滤对其进行表征，我们发现18个数据集中有14个的第一同调群（$H_1$，环）显著高于保持速率和种群分布的零模型。这种环结构占据非冗余核心：它对随机移除单元具有鲁棒性，但会被定向移除承载该结构的单元所破坏。拓扑丰富度随网络规模增长，仅在较大网络中第二同调群（$H_2$）显著高于零模型。这些结果表明，持续同调能在实验实际提供的尺度上解析神经记录中的结构化拓扑。 |