Nat Neurosci | 重磅地基式研究！艾倫研究所曾紅葵揭示基底節與束旁核的高分辨率三維分區與連接圖譜

基底節是大腦指揮中心，控制著你的動作、學習能力和情緒反應，帕金森病、亨廷頓病、成癮、自閉癥等疾病都跟它有關。但這個指揮中心內部到底怎么分工？不同區域靠什么規則連接？

2026年4月28日，美國艾倫腦科學研究所曾紅葵（Hongkui Zeng）教授團隊在《Nature Neuroscience》上發表了一項重磅資源類研究《Genoarchitecture and input–output organization of the mouse basal ganglia and thalamic parafascicular nucleus》，首次繪制了基底節與束旁核（PF）的完整三維分區與連接藍圖。

研究發現，轉錄組細胞類型的空間模式匹配模塊化皮層輸入，各亞區接收特異皮層與皮層下投射，形成并行且整合的功能子網，為理解基底節環路與疾病機制提供了統一的解剖框架。

基底節里的細胞是亂分布的，還是各司其職？

團隊首先分析了單細胞RNA測序（scRNA-seq） 與MERFISH（多重熒光原位雜交）數據，在紋狀體（CP，尾殼核） 鑒定出24種中型多棘神經元（MSN） 的轉錄組類型。

通過非負矩陣分解（NMF）算法，這些類型被歸納為10種空間分布模式——大多數細胞類型只對應一種模式，且每種模式都有專屬的“標記基因”可以區分。

也就是說，基底節和束旁核的細胞不是亂分布的，每種細胞都有固定地盤，基因表達就是它們的身份證。

基底節的各個核團到底應該分成幾個區？

本研究整合多模態數據，首次給出了統一的、可重復的三維分區。

團隊將五種不同維度的數據——細胞架構、髓鞘架構、化學架構、基因架構、連接數據——全部配準到同一個標準腦框架（CCFv3）中，手動劃定了三維亞區：CP和SNr各5個，GPe、GPi、STN各2個，PF共4個。每個亞區都有獨特的基因標記和輸入來源。

至此，過去混亂的分區爭議被一套多模態標準統一了起來。

大腦皮層怎么告訴基底節該做什么？

團隊用順行/逆行病毒示蹤和6417個單神經元重構，繪制了從皮層→基底節的輸入地圖。

研究發現皮層按6大模塊——前額葉、感覺運動、視覺、聽覺等——精準投射到對應的CP亞區，且這些投射主要來自皮層第5層（L5）神經元。整個系統的組織原則是“模塊化配對 + 拓撲精準投射”：不同功能的信息走專屬通路，互不干擾，又能整合。

簡單說，整個系統是 “模塊化配對 + 拓撲精準投射”，不同功能信息走專屬通路，互不干擾又能整合。

基底節處理完信息后，傳給誰？

CP中的D1型MSN投射到GPe、GPi、SNr，可細分為6種亞型；D2型MSN只投射到GPe，投射方向嚴格遵循拓撲規律。各核團亞區之間形成抑制性、興奮性、多巴胺能的精準互聯，最終構建出完整的皮層-基底節-丘腦環路模型。

也就是說，基底節不是單一環路，而是由基因表達決定的多套并行子網協同工作。

全文總結

該研究以多模態技術整合轉錄組與連接數據，統一劃定小鼠基底節與束旁核三維亞區，證實細胞類型空間模式決定模塊化輸入輸出，皮層第 5 層神經元主導特異投射，各亞區形成拓撲精準、功能并行的環路，破解了長期分區混亂的難題，建立了完整的基因 - 結構 - 連接統一框架。

小編寄語：

過去研究基底節，不同實驗室用的分區不同，結論難以比較。本研究整合了基因、結構、連接三大維度，給出了統一的、可量化的、三維的標準分區。以后所有研究都可以基于這個框架，結果可以互相翻譯、互相驗證。

有了這張“地圖”，未來的研究可以精準靶向特定亞區、特定細胞類型、特定環路，開發更精準的干預。

https://doi.org/10.1038/s41593-026-02253-9

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