當你全神貫注於某件事時，往往會對周圍的一切充耳不聞或者熟視無睹。究竟我們的大腦是靠什麼生理機制來實現這樣的功能呢？秘密就藏在丘腦網狀核（Thalamic reticular nucleus, TRN）中。
丘腦是人類大腦中除嗅覺外所有感覺傳導最重要的換元站。各種感覺傳導通路要經過丘腦的接替換元後投射到大腦皮層，在丘腦與大腦皮層之間存在著一個像「閘門」一樣的核團——丘腦網狀核。丘腦網狀核位於丘腦背外側，具有「貝殼」形態，由大量的γ氨基丁酸能（GABA）抑制性神經元組成。它被認為是在丘腦和皮層之間信息傳遞中起著「門控」的作用，即像一個閘門一樣對感覺信息進行過濾篩選，從而調控機體感覺信息處理、注意力以及睡眠行為，但由於目前對丘腦網狀核的基本組織構成知之甚少，所以無法闡明其工作機制。
2020年7月22日，Broad Institute的Stanley精神疾病研究中心的Joshua Levin、傅展燕以及麻省理工學院（MIT）的馮國平教授合作（清華大學的李寅青教授、墨西哥國立自治大學 （UNAM）Violeta G. Lopez Huerta教授和Broad Institute的研究員Xian Adiconis為共同第一作者）在Nature雜誌上發表文章Distinct subnetworks of the thalamic reticular nucleus，首次從單細胞分子特性、神經元電生理特徵、局部丘腦神經環路結構以及功能的角度為丘腦網狀核繪製出了一幅綜合圖譜。這幅新圖譜進一步地為我們揭開了丘腦網狀核的「神秘面紗」。
為了解決這個關鍵問題，來自擁有不同實驗技術背景和專業知識的三個實驗室的研究者們開展了緊密的合作研究。他們採用了包括單細胞的分子特性、電生理特徵、神經元網絡連接，CRISPR體內篩選以及系統性功能等多種前沿技術手段，發現丘腦網狀核神經元的分子異質性具有非常獨特的特徵（圖1），呈現出由兩個負相關的基因表達譜系組成的transcriptomic梯度（每個表達譜系包含數百個基因）。
圖1. 丘腦網狀核神經元的分子異質性具有非常獨特的特徵
位於transcriptomic梯度兩端的神經元具有迥然不同的生理特性：表達互斥的特異標記蛋白、空間上分布於丘腦網狀核的核心或邊緣區域，並具有獨特的電生理特性（圖2）。
圖2. 位於梯度兩端的神經元具有迥然不同的生理特性
更有趣的是，在環路結構上他們選擇性地分別與丘腦的感覺接替核和聯絡核形成了局域環路（subnetwork），在功能上發揮調節睡眠的不同作用（圖3）。
圖3. 丘腦網狀核的核心和邊緣區域的神經元參與不同的睡眠調節作用
鑑於丘腦網狀核功能異常在孤獨症、精神分裂症、痴呆症和癲癇等疾病發病中的重要作用，這幅新圖譜將大大加深科學家們對丘腦網狀核異常參與的相關疾病發病機制的理解，並為以丘腦網狀核作為全新的潛在「效應靶點」的開發打下研究基礎。
值得一提的是，在同期，布朗大學的Scott J. Cruikshank和Barry W. Connors也發表了文章Two dynamically distinct circuits drive inhibition in the sensory thalamus，利用Calbindin（CP）和Somatostatin（SOM）的Cre轉基因小鼠，發現在TRN體感感知信息調控的區域存在兩種截然不同的GABA能神經元：它們分別可以被CP和SOM標記；前者存在在TRN的中部，而後者主要在TRN的外周；前者接受來自低階丘腦核團ventral posterior nucleus（VP）的投射，後者接受來自高階丘腦核團posterior medial thalamic nucleus（POM）的投射。更有意思的是，來自VP的突觸響應速度快且短促，而來自POM的突觸略慢卻持續更久。這項研究揭示了小鼠TRN對低階和高階丘腦-皮層通路調控的神經基礎，展現了大腦對經過丘腦的外周感知-皮層、皮層-皮層間信息傳遞的截然不同的調控方式。低階和高階信息如何在丘腦及其外周核團整合？來自體感、聽覺、視覺等不同的感知信息如何在這些區域互相影響？皮層又是如何參與這些調控和篩選過程的？在靈長類動物中是否存在類似的細胞機制？對這類神經元的研究將進一步探索這些問題。
原文連結：
https://doi.org/10.1038/s41586-020-2504-5
https://doi.org/10.1038/s41586-020-2512-5