大脑记忆中枢的隐藏结构
南加州大学凯克医学院的马克和玛丽·史蒂文斯神经影像与信息学研究所（Stevens INI）研究人员，发现大脑学习与记忆关键区域存在前所未有的组织模式。这项今日（2025年12月3日）发表在《自然·通讯》的研究表明，小鼠海马体CA1区——负责记忆形成、空间导航和情绪处理的核心结构——由四种特殊细胞类型的独立层次构成。该发现改变了科学家对大脑信息处理的理解，并可能解释为何阿尔茨海默病和癫痫等疾病中某些神经元更易受损。
多色标记技术通过不同颜色代表不同基因，揭示了海马体CA1区的隐藏分层结构。（图源：Stevens INI）
"长期以来，研究者推测海马体CA1区的不同部分负责学习与记忆的不同功能，但其底层细胞排列方式尚不明确，"该研究资深作者、生理学与神经科学及生物医学工程助理教授迈克尔·S·宾诺斯基博士表示。"我们的研究表明，CA1神经元被组织成四条连续的薄带，每条带代表具有独特分子特征的特定神经元类型。这些层次并非固定不变，而是沿着海马体长度微妙地变化厚度。这种动态模式意味着CA1各区域含有不同的神经元组合，从而解释为何不同区域支持不同行为。这也可能阐明为何阿尔茨海默病和癫痫中特定CA1神经元更脆弱：若疾病靶向某一层的细胞类型，其影响将取决于该层在CA1中的显著程度。"
高分辨率RNA成像绘制神经元图谱
为揭示此隐藏结构，科学家采用名为RNAscope的RNA标记技术结合高分辨率显微镜。该组合技术使研究者能够观测小鼠CA1细胞内单个基因活性分子，并依据基因特征区分神经元类型。在总计58,065个CA1锥体细胞中，他们识别出超过33万条RNA分子——这些基因信息指示基因在何时何地被激活。通过追踪组织中的活动模式，团队绘制出详细图谱，勾勒出海马体CA1区内不同神经元类型的边界。
分析显示，CA1并非细胞的松散混合物，而是由四种连续神经元层构成，每层具有独特的活跃基因组合。在三维视角下，这些层次形成延展的片状结构，沿其海马体长度略微变化厚度与形态。这种清晰的条带状排列，有助于调和先前认为CA1更接近细胞类型渐变混合或马赛克结构的研究结论。
神经元"条纹"揭示大脑隐藏架构
"当我们在单细胞分辨率下观察基因RNA模式时，能看到清晰的条纹，如同岩石中的地质层，每条代表特定的神经元类型，"史蒂文斯IN中心整合连接组学中心博士研究员、论文共同第一作者玛丽卡门·帕奇卡诺表示。"这如同揭开大脑内部架构的面纱。这些隐藏层次可能解释海马体神经回路支持学习与记忆功能的差异。"
海马体是阿尔茨海默病中最早退化的脑区之一，也涉及癫痫、抑郁症等多种神经精神疾病。通过展示CA1由四层特定结构组成，新研究为精确定位每种疾病中风险最高的神经元类型提供了指南。
分层CA1结构与脑疾病的关联
"此类发现彰显了现代成像与数据科学如何变革我们对脑解剖的认知，"南加州大学凯克医学院神经科学戈达·伊拉尼讲席教授、史蒂文斯IN所长阿瑟·W·托加博士指出。"这项工作延续了史蒂文斯IN从分子到全脑网络各尺度绘制脑图谱的长期传统，将为研究记忆与认知的基础神经科学及转化研究提供依据。"
面向研究社区的海马体三维图谱
研究人员基于海马体基因表达图谱（HGEA）数据，将发现汇编成CA1细胞类型图谱。该资源向全球科学家免费开放，包含通过史蒂文斯IN开发的Schol-AR增强现实应用可访问的交互式3D可视化工具，使用户能精细探索海马体分层结构。
由于小鼠观察到的分层模式与灵长类及人类大脑相似（包括CA1厚度的同类变化），研究团队认为该结构可能在多种哺乳动物中普遍存在。尽管需进一步研究确认人类是否存在相同结构，但该发现为比较研究及转化研究提供了坚实起点，有助于探索海马体架构如何支持记忆及其他心理功能。
"理解这些层次如何连接行为是下一个前沿，"宾诺斯基表示。"我们现在有了研究框架：特定神经元层如何贡献记忆、导航和情绪等不同功能，以及其功能紊乱如何导致疾病。"
参考文献："锥体神经元细胞类型的层状组织定义海马体CA1不同亚区"，2025年12月3日，《自然·通讯》。DOI: 10.1038/s41467-025-66613-y
除宾诺斯基和帕奇卡诺外，该研究作者还包括施雷·梅塔、安吉拉·乌尔塔多、泰勒·阿德、吉姆·斯坦尼斯和贝拉·布雷宁斯托尔。
本工作获得美国国立卫生研究院/国家老龄化研究所（K01AG066847, R36AG087310-01, P30-AG066530-03S1补充）、国家科学基金会（资助号2121164）及南加州大学神经元长寿中心资金支持。本出版物报告的研究数据获美国国立卫生研究院主任办公室S10OD032285奖项支持。
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