神经环路是研究大脑功能的基础。研究神经环路的组成与脑功能的关系,已成为了解正常和疾病状态下大脑运行机制的关键。听觉皮层是一个关键的声音处理区域,它将来自听觉外围的通路信号与来自感觉、非感觉区域的输入结合起来。虽然目前有很多研究已经较为系统的分析了听觉皮层在全脑范围内的输出环路,但仍有一些问题未解决。输出环路研究缺少高亮、高表达的突触后神经元胞体标记的工具;缺少对听觉皮层特定层以及其特定类型神经元的完整神经环路研究等。本课题主要开展的实验和结果如下:1.听觉皮层在全脑范围的输出环路研究。本研究应用本实验室自主设计的一种顺行示踪病毒,并结合全脑成像系统揭示了听觉皮层在全脑范围的输出环路。整个听觉皮层的下游输出普遍分布在多个脑区,即大脑皮层、纹状体、丘脑、中脑和后脑。本研究解决了下游输出脑区标记的轴突纤维荧光弱且难以定量问题,该示踪病毒技术显示出良好的跨突触特性。2.听觉皮层第六层皮层特定类型神经元的输出环路研究。对于听觉皮层特定层的研究多集中于浅层的皮层二、三层以及深层的五层,而对于听觉皮层第六层的特定类型神经元群体的研究还很匮乏。在这里将听觉皮层的输出环路研究聚焦于第六层的皮层丘脑锥体神经元上。本研究使用顺行病毒示踪、荧光光学成像以及全脑精细成像的方法揭示了听觉皮层第六层皮层丘脑锥体神经元的全脑输出环路。本研究发现,这类神经元的输出信号主要分布在同侧大脑的多个区域,即大脑皮层、纹状体和中脑。3.听觉皮层第六层皮层丘脑神经元的单神经元重建和追踪研究。本研究利用稀疏标记病毒与全脑成像系统相结合的实验技术,在单细胞水平上成功对这类神经元进行了结构重建,并初步完成了这类神经元的长程投射环路研究。本研究发现具有两种不同形态的此类神经元显示出了不同的投射模式,一类呈现“发散”的投射模式、另一类呈现“汇合”的投射模式。这预示投射亚型与听觉皮层内部间的连接存在着模块结构。综上所述,本研究依靠从群体神经元到单个神经元的研究主线,较为系统地研究了听觉皮层神经元下游的输出环路。本研究的这些发现揭示了与以往听觉皮层环路研究不同的诸多细节,为进一步研究小鼠听觉区域的工作机制提供了新的见解。单神经元投射图谱的绘制显示出对神经元分类研究的重大意义。因此本论文的这些研究将加深人们对整个神经系统的理解。