大脑皮层分子层(layer 1)位于大脑皮层最外侧,是脑皮层中最先形成的皮层之一。分子层中的神经元在脑皮层的发育、突触的整合以及信息的处理中具有重要作用。目前对成熟分子层中神经元类型和特性的研究相对较多,但对分子层神经元在出生后的发育成熟过程仍然未知。为此,我们利用免疫组织化学、全细胞记录、单细胞反转录PCR和细胞三维重构技术系统地研究小鼠分子层神经元在出生后的前两周内的神经元的发育变化。分子层内只含有两类神经元：Cajal-Retzius细胞和γ-氨基丁酸能中间神经元。我们首次揭示了：(1)分子层内这两类神经元的细胞密度的动态变化,96%的Cajal-Retzius细胞在出生后的前两周内凋亡,中间神经元的细胞密度在出生后第一周内降低,之后维持不变；(2)Cajal-Retzius细胞的形态学发育变化经历了两个不同的阶段：从出生到第五天的形态学结构的快速成熟；第五天后的形态学退化；(3)绝大多数的中间神经元在出生一周后至少表达以下6种中间神经元特异性分子标记物中的一种：Reelin、 GABA-A receptor subunit delta (GABAARSδ)、neuropeptide Y、vasoactive intestinal peptide (VIP)、calretinin和somatostatin。根据分子标记物的表达,我们将中间神经元分为以上6类亚型,并确定了各亚型的密度、共定位和分布位置的发育变化；(4)从动作电位的发放形式上,中间神经元可被分为两类亚型：延迟发放类和串发放类神经元。这两类亚型的分子标记物的mRNA表达概率相比较,延迟发放类神经元表达GABAARδ的概率较高,串发放类神经元表达VIP的概率较高；(5)我们同时研究了延迟发放类和串发放类神经元的电生理学和形态学特性的发育变化。这两类亚型的主动膜特性都在出生后的第一周内成熟,被动膜特性和形态学的发育成熟时间持续较长,一直持续到出生后第二周结束。另外,这两类亚型的形态学特性在发育的同一时期只存在细微的差异,总体差异并不显著。因此,我们不能根据形态学特性判断分子层内中间神经元的电生理学特性。综上所述,我们系统和定量地阐明了分子层内神经元的早期发育变化：Cajal-Retzius细胞的凋亡和形态学退化；中间神经元的分子学、电生理学和形态学的不断成熟。我们的结果不仅丰富了我们对分子层神经元的认识,而且更好地提示了分子层神经元在神经环路建立、成熟和调控中的作用。脑功能的执行是通过神经元电活动的协同作用完成的。在出生后早期,神经元网络可以产生不同类型的自发放电同步化活动,这种同步化电活动在突触和环路联系的成熟中具有重要的意义。在发育早期的海马和脑皮层中都有化学突触引起的神经网络同步化电活动。研宄表明海马中神经网络放电模型为无尺度拓扑学(scale-free topology),并含有功能性的枢纽神经元(hub neurons)。在海马中,早期出生的中间神经元(先驱中间神经元)包含一部分的枢纽神经元,其可调节整个海马神经网络中的同步化放电。但是,目前还不知道发育早期的脑皮层神经网络放电的拓扑学结构,以及先驱神经元在神经网络放电中的作用。为解决此问题,在本研宄中,我们首先利用“遗传图谱学”,根据中间神经元起源地和出生时间选择性标记先驱中间神经元。研究表明,脑皮层中的先驱中间神经元主要位于皮层的深层,71.3%和18.8%的先驱中间神经元分别表达somatostatin(SOM)和parvalbwnin(PV)。利用大规模细胞韩成像技术,我们发现发育早期的脑皮层神经元网络电活动拓扑学结构为无尺度拓扑学,同样含有功能性的枢纽神经元。结合韩成像和全细胞记录技术,我们发现有一部分的先驱中间神经元中发育为枢纽神经元,当刺激枢纽先驱中间神经元时,整个网络电活动将发生改变。总而言之,我们的研宄表明早期出生的中间神经元在脑皮层的早期网络电活动中具有重要的作用,可以影响整个神经网络的同步化活动。