复旦大学发布神经信号旅行地图，7000多条下丘脑神经通路首次揭秘

导语

吃饭、打架、交配、逃跑……这些动物本能行为的“调度中心”，正是我们大脑深处的下丘脑。但这个关键区域的神经网络一直如“黑箱”般难以看清。

近日，复旦大学脑科学研究院许晓鸿课题组联合中科院神经所等团队，首次系统性绘制出7000多个下丘脑神经元的“投射地图”，并将其分成31种功能类型！这项研究以“Projectome-based characterization of hypothalamic peptidergic neurons in male mice（基于投射组学的雄性小鼠下丘脑肽能神经元特征解析）”为题发表于顶级期刊Nature Neuroscience，堪称神经网络图谱绘制的重要里程碑。

图1. 下丘脑投射神经元全脑投射图谱示意（来自原文 Figure 1c）

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一项前所未有的“全脑追踪”

研究团队使用fMOST高分辨率成像技术，在雄性小鼠大脑中逐根追踪表达16种神经肽的神经元。每一根神经元从胞体到轴突末端都被精确定位，总计重建了7180个单神经元的全脑“旅程”。

结合计算神经形态学分析，作者发现这些神经元可分为两大类、31种投射类型，每种类型都有独特的投射路径、起源位置和分子标记。

图2. 31种投射类型的投射长度热图（原文 Figure 1f 简化版）

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一个神经元，多路“出差”

令人惊讶的是，很多神经元的单一轴突可“一线多用”，在行进途中不断分叉，投射到多个不同脑区。比如：

有些Orexin神经元上行至大脑皮层，控制觉醒和注意力；

另一些Orexin神经元下行至脑干甚至脊髓，参与运动控制；

一部分Penk神经元精确投射到海马，或许与记忆调节有关。

这就像一个快递员，不是送一个地址，而是按路线分发多个站点的包裹——一根神经纤维同时调节多个功能区！

图3. 不同Orexin神经元类型的全脑投射路径对比图（原文 Figure 5e）

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投射也有“地图对位”

不仅能“多投射”，这些神经元在结构上还展现出惊人的拓扑对应关系。比如：

有一类神经元从下丘脑投射至基底节，其在脑内的排布方向与投射到靶区的位置精确对应；

另一类从下丘脑投射至海马，其胞体从背到腹的分布，与其在海马中的前后投射轴呈线性关系。

这说明神经连接不仅是“连”，更是“有序地连”。

图4. 不同神经元轴突在目标区域的拓扑排列（原文 Figure 4a-4d）

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下丘脑神经元的“身份谱系”初现端倪

研究还发现，每一种神经肽标记的神经元群体，并不等于一种功能。例如：

表达Orexin的神经元可细分为5类，每类具有不同投射路径(图3)；

表达Pomc的神经元比Agrp神经元更易投射到中脑和脑干，暗示它们可能在进食控制外还有更广泛功能。

这提示我们：传统分子标记不足以划定神经元“职责”，结构投射方式是重要补充信息。

图5. Agrp与Pomc神经元的投射范围对比（原文 Figure 6b）

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PAG再划分：七大“子区”浮出水面

中脑PAG区被称为“情绪调节中枢”。该研究发现：

许多下丘脑神经元同时投射至多个PAG亚区，且这些投射展示高度协同性；

通过计算这些投射的重叠性，作者重新划分出7个PAG功能子区，打破传统的“柱状”结构认知。

这为未来理解恐惧、攻击、防御等复杂行为的中枢机制，提供了解剖学基础。

图6. PAG区域的新型结构划分示意图（原文 Figure 7b,c 简化）

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数据公开，资源共享

这份超大规模数据现已向全球科研界开放，包括：

7180条神经元全脑三维重建文件；

神经元分型信息、起源位置、轴突路径、投射脑区；

可在线访问、可视化浏览与下载（甚至可以运行自定义分析）。

资源网站

https://mouse.digital-brain.cn/projectome/hy

Python分析工具包

pyswcloader - PyPI

https://pypi.org/project/pyswcloader/

07

写在最后

这项研究首次在单细胞尺度上，以结构投射为核心，对下丘脑神经元进行系统性分类。这不仅是一张神经连接的全新地图，也是探索复杂行为机制的关键起点。

“我们希望通过这些数据，揭示大脑如何用少数的神经元组合出复杂的行为程序。”——许晓鸿教授说。

https://www.nature.com/articles/s41593-025-01919-0

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