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人類小腦體積僅為大腦總體積的10％，卻包含整個神經(jīng)系統(tǒng)超過50％的神經(jīng)元。小腦不僅協(xié)調(diào)運(yùn)動，而且影響著人類的思考和情感。在探索小腦功能多樣性的過程中，特別是剖析小腦如何參與和影響認(rèn)知功能和情緒處理，研究發(fā)現(xiàn)了一個關(guān)鍵的軸線——感覺運(yùn)動-聯(lián)絡(luò)（SA）軸。這一軸線有助于解釋小腦功能層級的復(fù)雜性。然而，多數(shù)研究集中在探討人類大腦皮層中SA軸的產(chǎn)生和意義，而鮮有關(guān)于小腦上的SA軸是如何形成及其生物學(xué)基礎(chǔ)的研究。?近日，中國科學(xué)院自動化研究所腦圖譜與類腦智能實驗室樊令仲等，在前期發(fā)現(xiàn)的人類小腦功能異質(zhì)背后的遺傳學(xué)證據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探究了人類小腦功能層級結(jié)構(gòu)的生物學(xué)基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果以Spatio-Molecular Profiles Shape the Human Cerebellar Hierarchy Along the Sensorimotor Association Axis為題，發(fā)表在《細(xì)胞報告》（Cell Reports）上。該研究系統(tǒng)集成了跨尺度的多組學(xué)信息，全景式地揭示了小腦SA軸背后的時空分子譜——從遺傳特征、中間分子模式、細(xì)胞類型、生物過程，到時空發(fā)育模式、疾病相關(guān)性、演化相關(guān)性、大小腦交互作用。?該研究試圖回答如下科學(xué)問題：基因表達(dá)的顯著變化是否涉及塑造小腦SA軸；什么中間生物學(xué)原理介導(dǎo)了SA軸的形成，以及這些分子基質(zhì)與小腦相關(guān)的神經(jīng)發(fā)育、進(jìn)化和神經(jīng)精神障礙之間是否存在聯(lián)系；考慮到小腦的功能多樣性主要源自其與大腦結(jié)構(gòu)之間相互連接，小腦的空間-分子特征如何在遺傳和功能連接層面與大腦皮層相互作用。?針對這些問題，該研究結(jié)合人腦轉(zhuǎn)錄組圖譜和多模態(tài)人類腦影像數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)基因表達(dá)可以顯著預(yù)測小腦SA軸，同時通過空間自相關(guān)保留置換識別出一組顯著基因，并首次將基因集變異分析引入腦影像-轉(zhuǎn)錄組關(guān)聯(lián)分析中，發(fā)現(xiàn)了基因用來組織小腦功能層級性的空間分子特征。這些空間分子特征與神經(jīng)精神功能障礙和人腦演化密切相關(guān)。此外，小腦與大腦在遺傳和功能連接水平上的相互作用，分別與大腦皮層和小腦的SA軸相一致，提供了大小腦SA軸一致性的可能性基礎(chǔ)。?綜上，該研究提供了構(gòu)成人類小腦SA軸的時空分子特征證據(jù)，揭示了小腦形成SA軸的微觀-宏觀相交互的組織模式。研究通過整合關(guān)于人類小腦功能的多層次發(fā)現(xiàn)，沿著SA軸，小腦神經(jīng)遞質(zhì)傳遞相關(guān)基因的表達(dá)增加，發(fā)育進(jìn)程產(chǎn)生差異，受演化有關(guān)的生物過程的影響增加，且與精神疾病的關(guān)聯(lián)增加。研究工作得到科技創(chuàng)新2030-“腦科學(xué)與類腦研究”重大項目和國家自然科學(xué)基金等的支持。?論文鏈接人類小腦功能層級結(jié)構(gòu)背后的時空分子譜研究思路