Nat Neurosci | 重磅地基式研究！艾伦研究所曾红葵揭示基底节与束旁核的高分辨率三维分区与连接图谱

基底节是大脑指挥中心，控制着你的动作、学习能力和情绪反应，帕金森病、亨廷顿病、成瘾、自闭症等疾病都跟它有关。但这个指挥中心内部到底怎么分工？不同区域靠什么规则连接？

2026年4月28日，美国艾伦脑科学研究所曾红葵（Hongkui Zeng）教授团队在《Nature Neuroscience》上发表了一项重磅资源类研究《Genoarchitecture and input–output organization of the mouse basal ganglia and thalamic parafascicular nucleus》，首次绘制了基底节与束旁核（PF）的完整三维分区与连接蓝图。

研究发现，转录组细胞类型的空间模式匹配模块化皮层输入，各亚区接收特异皮层与皮层下投射，形成并行且整合的功能子网，为理解基底节环路与疾病机制提供了统一的解剖框架。

基底节里的细胞是乱分布的，还是各司其职？

团队首先分析了单细胞RNA测序（scRNA-seq） 与MERFISH（多重荧光原位杂交）数据，在纹状体（CP，尾壳核） 鉴定出24种中型多棘神经元（MSN） 的转录组类型。

通过非负矩阵分解（NMF）算法，这些类型被归纳为10种空间分布模式——大多数细胞类型只对应一种模式，且每种模式都有专属的“标记基因”可以区分。

也就是说，基底节和束旁核的细胞不是乱分布的，每种细胞都有固定地盘，基因表达就是它们的身份证。

基底节的各个核团到底应该分成几个区？

本研究整合多模态数据，首次给出了统一的、可重复的三维分区。

团队将五种不同维度的数据——细胞架构、髓鞘架构、化学架构、基因架构、连接数据——全部配准到同一个标准脑框架（CCFv3）中，手动划定了三维亚区：CP和SNr各5个，GPe、GPi、STN各2个，PF共4个。每个亚区都有独特的基因标记和输入来源。

至此，过去混乱的分区争议被一套多模态标准统一了起来。

大脑皮层怎么告诉基底节该做什么？

团队用顺行/逆行病毒示踪和6417个单神经元重构，绘制了从皮层→基底节的输入地图。

研究发现皮层按6大模块——前额叶、感觉运动、视觉、听觉等——精准投射到对应的CP亚区，且这些投射主要来自皮层第5层（L5）神经元。整个系统的组织原则是“模块化配对 + 拓扑精准投射”：不同功能的信息走专属通路，互不干扰，又能整合。

简单说，整个系统是 “模块化配对 + 拓扑精准投射”，不同功能信息走专属通路，互不干扰又能整合。

基底节处理完信息后，传给谁？

CP中的D1型MSN投射到GPe、GPi、SNr，可细分为6种亚型；D2型MSN只投射到GPe，投射方向严格遵循拓扑规律。各核团亚区之间形成抑制性、兴奋性、多巴胺能的精准互联，最终构建出完整的皮层-基底节-丘脑环路模型。

也就是说，基底节不是单一环路，而是由基因表达决定的多套并行子网协同工作。

全文总结

该研究以多模态技术整合转录组与连接数据，统一划定小鼠基底节与束旁核三维亚区，证实细胞类型空间模式决定模块化输入输出，皮层第 5 层神经元主导特异投射，各亚区形成拓扑精准、功能并行的环路，破解了长期分区混乱的难题，建立了完整的基因 - 结构 - 连接统一框架。

小编寄语：

过去研究基底节，不同实验室用的分区不同，结论难以比较。本研究整合了基因、结构、连接三大维度，给出了统一的、可量化的、三维的标准分区。以后所有研究都可以基于这个框架，结果可以互相翻译、互相验证。

有了这张“地图”，未来的研究可以精准靶向特定亚区、特定细胞类型、特定环路，开发更精准的干预。

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

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