基因表达梯度揭示全脑连接图谱，验证化学亲和理论
时间:2026-05-15 20:59 来源:《美国国家科学院院刊》 作者:Naoki Honda 等 点击:次
基因表达梯度揭示全脑连接图谱，验证化学亲和理论 神经回路的复杂性及其基因设计与布线机制，一直是神经科学领域的重要研究方向。近日，日本名古屋大学的科学家在《美国国家科学院院刊》发表了一项研究，首次通过基因表达梯度构建了全脑连接图谱，并验证了诺贝尔奖得主罗杰·斯佩里提出的化学亲和理论。 SPERRFY工具：解码大脑的基因连接图谱 研究团队开发了一种名为SPERRFY的机器学习工具，用以分析小鼠大脑的神经连接模式。该工具整合了两个关键数据集：一个详细描绘了小鼠大脑各区域之间的连接关系，另一个追踪了763个基因在213个脑区中的活性水平。通过分析基因表达梯度，SPERRFY能够预测脑区之间的连接关系，并构建出全脑布线图。 资深作者Naoki Honda教授解释道：“基因表达梯度形成了每个脑区的独特分子身份，这些身份通过SPERRFY工具得以解码，从而揭示了神经连接的规律。”研究显示，基因表达梯度的预测性能分数高达0.88，显著优于基于物理距离的预测模型（得分约为0.70）。 验证化学亲和理论，拓展至全脑 这项研究为斯佩里1963年提出的化学亲和理论提供了重要支持。斯佩里认为，神经元通过分子浓度梯度寻找连接伙伴，类似于神经纤维的“分子GPS系统”。虽然这一理论已在视觉和嗅觉系统中得到验证，但在全脑范围内的适用性尚未明确。得益于SPERRFY工具的开发，研究团队成功验证了这一理论在全脑复杂连接中的作用。 未来展望与应用潜力 研究还发现，部分基因表达梯度与神经生长引导基因的活性模式密切相关，为进一步探索大脑布线的分子机制提供了重要线索。研究人员表示，该方法可扩展应用于其他物种，包括人类、狨猴和果蝇，帮助科学家理解不同物种间的分子布线原理及其演化过程。此外，SPERRFY有望揭示大脑连接中断与神经发育障碍之间的关系，为相关疾病的治疗提供新思路。 参考文献: Jigen Koike, Kenta Kobayashi, Shohei Takemoto, Yutaro Matsuura, Junichi Hata, Yasuhiro Go, Naoki Honda. Gene expression gradients encode a comprehensive wiring map of the mouse brain. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2024; DOI: 10.1073/pnas.2319200121 (责任编辑：scinews) |