小鼠中脑边缘皮质环的内部连接及功能意义

《Brain Structure and Function》：Internal connectivity of the mouse mesocortical ring and functional implications

　　

研究人员利用Allen脑科学研究所公共数据库中的顺行连接实验数据，分析了中脑边缘皮质（MCx）环的内部连接。哺乳动物中脑边缘皮质最近被重新定义为位于异源皮质和同源皮质之间的完整环状结构，其特征是46个选择性基因标记的一致表达。尽管MCx环具有共享的分子特征，但其不同扇区仍表现出独特的分子和细胞构筑特征，如后眶额叶皮质、扣带回皮质和岛叶。研究发现，MCx环的不同扇区之间存在多重相互连接，可能实现整合功能。内侧后眶额叶皮质尤为突出，通过与所有中脑边缘皮质扇区的双向投射，可能在MCx环内发挥更高层级的调控作用。

研究背景与意义

哺乳动物中脑边缘皮质（MCx）的概念源于对传统边缘系统的重新定义。早期研究将海马和扣带回统称为“边缘”结构，但二者在细胞构筑、连接模式和分子特征上存在显著差异。Puelles等学者基于46个选择性基因标记的表达模式，将MCx重新定义为介于异源皮质（allocortex）和同源皮质（isocortex）之间的完整环状结构，包括后眶额叶皮质（POrb）、扣带回（Cing）、岛叶（Ins）、周嗅皮质（PeRh）、后嗅皮质（PoRh）、旁压部（PaSp）和压后部（PoSp）等扇区。这些区域虽共享低髓鞘化的纤维特征，但在分子谱和连接模式上存在异质性。然而，既往研究多聚焦于单一扇区（如眶额叶或岛叶）的连接特性，缺乏对MCx环整体内部连接网络的系统性分析，且传统观点认为压后皮质（Retrosplenial cortex）属于边缘系统，但最新分子证据支持其应归类为旁海马结构。因此，解析MCx环内部的层级化连接模式及其功能整合机制，成为理解情绪、动机等主观体验皮层基础的关键科学问题。

关键技术方法

研究人员依托Allen脑科学研究所小鼠连接图谱（ABMCA），筛选注射位点体积介于0.200-0.500 mm3的顺行示踪实验数据，涵盖视觉区（VIS）、前扣带回（ACA）、前边缘叶（PL）、岛叶（AI）等12个目标区域。通过三维重建和冠状面切片分析，结合Puelles等提出的分子定义MCx分区图谱，对注射位点进行重新分类（如将部分“压后皮质”注射归为PaSp/PoSp）。采用Adobe系列软件处理图像，量化各MCx扇区间的投射密度与层级方向性，重点分析同侧与对侧连接的拓扑特征。

主要研究结果

1. 1.
   内侧与外侧后眶额叶皮质投射：内侧后眶额叶皮质（POrbM）通过深层与浅层皮质双向投射至所有MCx扇区，包括对侧POrbM、PL、Cing、Ins及周嗅皮质，其投射密度显著高于其他区域，提示其可能作为MCx环的整合枢纽。外侧后眶额叶皮质（POrbVL）则主要投射至同侧吻内侧区域（POrbM、PL、Cing）及岛叶。
2. 2.
   前边缘叶与扣带回投射：前边缘叶（PL）密集投射至POrbM、Cing及岛叶，并通过胼胝体膝部实现对侧连接；扣带回（Cing）除投射至邻近POrb和PL外，还通过扣带束与旁压部（PaSp）形成双向连接。
3. 3.
   旁压部与压后部投射：旁压部（PaSp）主要向吻侧MCx扇区（POrbM、PL）及同侧后嗅皮质（PoRh）发送投射，而压后部（PoSp）的投射范围局限于尾侧MCx区域，且与POrbM存在双向连接。
4. 4.
   周嗅皮质与岛叶投射：周嗅皮质（PeRh）广泛投射至岛叶、POrbM及同侧后嗅皮质，而岛叶（Ins）的颗粒区与非颗粒区分别向MCx环的吻侧与尾侧扇区发送差异化投射，其中非颗粒岛叶对POrbM的投射强度最高。

结论与讨论

研究表明，MCx环内部存在高度组织化的双向连接网络，其拓扑结构呈现从吻侧（POrb）到尾侧（PoRh）的梯度整合特征。内侧后眶额叶皮质（POrbM）因其广泛的双向投射模式，被确立为MCx环的层级核心，可能通过整合感觉信息与行为计划，介导情绪与动机的主观评估。这一发现挑战了传统边缘系统的单一定义，支持MCx作为独立于海马系统的功能模块，其连接异常可能与神经退行性疾病的病理机制相关。该研究为理解皮层环形理论提供了连接组学证据，并为情绪障碍的神经环路机制研究提供了新的靶点。