《Nature communications 》： 神经科学革命性新工具——绘制不同发育阶段小鼠全脑三维脑图谱（DevCCF）

当前的小鼠大脑研究中，虽然已有多种图谱用于分析成鼠的大脑结构和功能，但现有的发育阶段图谱存在显著局限，尤其是缺乏高分辨率的3D参考框架，无法有效应对发育过程中的快速形态变化和复杂的区域化过程。此外，现有的2D图谱通常基于单一样本，难以支持现代高分辨率三维成像数据和多模态研究的整合。随着MRI和光片荧光显微镜（LSFM）等成像技术的进步，以及空间转录组学的发展，研究者亟需一个能够覆盖多个发育阶段的标准化3D小鼠大脑坐标框架，以便精准定位和解析不同发育阶段的大脑结构及其分子机制。

为了弥补这一不足，滨州州立大学Lydia Ng教授与Yongsoo Kim教授团队近期在《Nature Communications》期刊上发表了题为《Developmental mouse brain common coordinate framework》的论文，提出了一种全新的三维发育小鼠大脑图谱框架（DevCCF），为神经科学研究提供了革命性的工具。

1. DevCCF框架的创新构建：多模态成像与三维图谱的融合

传统的小鼠大脑图谱大多采用2D图像，限制了对大脑三维结构和发育过程的深入理解。DevCCF框架通过结合多种先进成像技术，如高分辨率磁共振成像（MRI）和光片荧光显微镜（LSFM），成功构建了一个涵盖胚胎期到成年期的小鼠大脑3D图谱。研究者们选择了多个关键发育时间点进行扫描，包括胚胎期的E11.5、E13.5、E15.5、E18.5，以及出生后P4、P14、P56等时间点，以高分辨率捕捉大脑结构的细微变化（图1）。

图1

这一创新性的图谱框架通过多模态成像技术的融合与数据对齐，展示了从胚胎期到成年期小鼠大脑各脑区的发育演变与神经纤维连接。每个发育阶段的图像不仅揭示了大脑的整体结构，还能清晰显示各个脑区的发育动态以及神经网络的形成过程，帮助研究者在同一三维空间内对不同发育时间点进行直观比较（图2）。

图2

2. 精细的解剖学分割与发育本体论的应用

DevCCF框架的一个核心亮点是其精细的解剖学分割。研究团队基于发育本体论（Developmental Ontology）对小鼠大脑的解剖结构进行了详细划分。这一过程包括对胚胎期到成年期每个时间点的小鼠大脑进行精确标注，细致描绘了各个脑区在发育过程中的变化（图3）。

通过这种精细的解剖学分割，研究者能够追踪大脑皮层、海马体、纹状体、下丘脑等关键脑区的结构演变，揭示它们在功能发展中的作用。这种结构上的变化对于理解大脑功能如何随着时间逐渐完善，以及不同区域在大脑工作中的协作关系至关重要。

图3

3. GABAergic神经元的发育轨迹与功能研究

作为具体的研究应用，DevCCF还被用于可视化大脑中GABAergic神经元的发育。GABAergic神经元是大脑中最主要的抑制性神经元，它们的功能是调节大脑的兴奋性，帮助维持神经网络的平衡。研究表明，在发育过程中，GABAergic神经元的功能发生重要变化，从兴奋性神经元转变为抑制性神经元，这一过程对于大脑的正常发育和功能至关重要（图4）。

利用DevCCF，研究者能够在发育的不同阶段，精准追踪这些神经元的分布和迁移轨迹，揭示其在大脑各个区域的作用。这一发现不仅为我们理解GABAergic神经元如何维持大脑的兴奋-抑制平衡提供了重要线索，也为神经疾病的研究和干预提供了新的方向。

图4

4. DevCCF与Allen CCFv3的整合：跨时空数据比较分析

DevCCF框架的另一个创新之处在于它与著名的成年小鼠大脑3D参考图谱——Allen CCFv3的整合。Allen CCFv3为成年小鼠大脑提供了标准化的三维空间参考，是神经科学研究中的重要资源。通过将DevCCF与Allen CCFv3进行空间映射，研究者可以在同一三维框架中对比发育期和成年的大脑结构数据，深入分析大脑发育的连续性和变化性（图5）。

这一对比分析使研究者能够揭示发育过程中大脑各区域结构与功能的演变，探索大脑从幼年到成年如何逐步形成复杂的神经网络，以及这些变化如何影响大脑的认知和行为功能。

图5

5. 开放资源与跨研究数据整合：推动神经科学研究的新发展

DevCCF不仅是一个技术性突破，它还是一个公开可访问的资源，推动了跨学科、跨实验室的数据整合。通过这一标准化的三维图谱框架，来自全球的研究者可以方便地将各自的研究数据进行整合与对比分析，促进神经科学领域的协作与数据共享。DevCCF的开放性为全球研究人员提供了一个共同的工作平台，有助于加速大脑发育机制的理解与神经疾病的研究（图6）。

这一开放资源的推出，使得DevCCF不仅限于小鼠发育的研究，它为包括跨物种的大脑比较、神经疾病模型的构建、以及新治疗策略的探索提供了广阔的应用前景。

DevCCF的完整图谱和数据可以通过以下网站访问：DevCCF 公开网站

图6

结语：神经科学研究的里程碑

DevCCF的成功构建为小鼠大脑发育研究开辟了全新的道路。通过这一全新的三维图谱框架，研究人员能够以更高的精度、更全面的视角来探索大脑发育的动态过程，揭示其中的微妙变化和相互作用。这不仅为神经科学的基础研究提供了工具，也为神经疾病的机制研究和临床干预提供了新的方向。

总之，DevCCF不仅是一个具有里程碑意义的研究成果，更为未来的神经科学研究奠定了坚实的基础，推动了我们对大脑发育、功能与疾病机制的深入理解。