近日，cell press细胞出版社期刊《cell reports》在线发表了东南大学脑科学与智能技术研究院最新研究成果“non-homogenous axonal bouton distribution in whole-brain single-cell neuronal networks”。该研究揭示了神经元轴突突触前扣结（presynaptic bouton）的分布差异，以及不同神经元形态细节改变对整个鼠脑单细胞神经元结构网络拓扑的影响。
以往研究中常常假设突触连接是均匀分布在轴突树突上，而本文研究团队提出一种更精细的假设：轴突上bouton的分布是不均匀的，并且bouton的分布可以决定网络拓扑。同时，神经元形态细节的改变（树结构的大小、复杂性、bouton的分布密度）对网络结构具有不同程度的影响。为验证这一猜想，研究团队设计了一种基于bouton位置数据生成全脑单细胞结构网络算法，并与bouton均匀分布情况进行比较。在得到结构网络后，研究团队进行了细致的网络分析并探究bouton分布对其影响。另外，研究团队还设计了神经元不同形态变化的操作，以研究其对网络的影响及其与生物学神经形态改变的相关性。
期间，研究团队使用高通量的单神经元全形态重建数据集，通过先进的算法生成了全脑单细胞连接矩阵，揭示了bouton分布的非均匀性不仅存在于轴突内部，在不同的大脑区域之间也有显著差异。这种分布对网络连接、网络结构的度分布、三元组普查和社区结构等方面产生了重要影响。之后，该团队对神经元形态进行扰动，结果说明神经元形态细节对网络属性影响巨大，需要在相关研究分析中密切关注。
本次研究是东南大学脑科学与智能技术研究院近年来在神经元形态领域的系列工作之一，在单细胞尺度，揭示了轴突bouton对全脑结构网络拓扑的影响。该工作拓展了以往基于均匀连接的脑网络连接模型，为理解大脑如何在不同区域和不同神经元之间建立复杂连接提供了新视角。这些发现有利于解释大脑功能的整合和分离机制，为之后更多的数据提供了基础方法，并为未来大脑研究和相关疾病治疗提供了新的思路与工具。
东南大学脑科学与智能技术研究院硕士研究生钱鹏昊和实验室研究员linus manubens-gil为本文共同第一作者，博士研究生姜升殿为第三作者，linus manubens-gil研究员与彭汉川教授为共同通讯作者。
来源：脑科学与智能技术研究院