2023年11月3日清华大学时松海教授受上海科技大学生命学院管吉松老师邀请在生命学院进行了题为“Neocortex assembly and operation ”的学术讲座。
皮层是一个神奇的大脑结构，对人类来说，皮层质量不到1.5kg，能耗不超过30W，却能执行很多非常高等的功能。皮层的结构也很复杂，有大量的神经细胞和胶质细胞，并且形成了6层结构，每一层细胞在形态、基因表达和功能上都非常不一样。因此，了解和研究大脑皮层有两个最核心的问题：一个是在发育过程中怎样形成数量巨大、种类繁多的神经元和神经胶质细胞，另一个是这些神经细胞和胶质细胞怎样组成具有特定功能的神经环路来支持非常复杂高等的神经功能。
本次讲座中，时松海教授就针对这两个方向介绍了最近取得的进展。时松海教授首先介绍了发育过程中神经元的形成过程：放射状胶质祖细胞（Radial Glial Progenitor, RGP）可以通过对称分裂产生两个新的RGP，或者不对称分裂产生一个新的RGP和一个分化出的神经元或者具有一定有丝分裂能力的中间祖细胞（Intermediate Progenitor, IP）；分化出的神经元沿着RGP向上迁移，而且分化越晚的神经元分布越靠上。时松海教授课题组使用双标记嵌合体分析（Mosaic Analysis with Double Markers，MADM）技术通过细胞分裂过程中稀有发生的染色体间的重组，标记上来自同一个RGP分裂分化出的神经元，发现了RGP发生对称分裂和不对称分裂的转换的时间节点，并且进一步分析发现一个RGP产生神经元的数量是相对比较固定的。再进一步发现发育过程中不同天标记的RGP产生神经元的数目符合泊松分布。时松海教授还发现标记的不同RGP产生的神经元具有不同的分布优势层，一个RGP产生的所有神经元约50%会分布在皮层的某一层，其余50%分布在其他几层。接下来时松海教授介绍了这些皮层发育的过程受到双层调控的转录因子的控制，如果敲除某些转录因子，会使皮层的发育产生重大变化。最后，时松海教授介绍了皮层的结构与功能的联系，他们发现同一个RGP产生的姐妹神经元有更高的几率形成化学突触连接，进而能够在功能上形成功能柱结构。而皮层结构的异常也与一些疾病相关，在唐氏综合征模型和自闭症模型小鼠中发现皮层中单个RGP产生神经元在空间结构、连接数量、功能相似性等方面都与野生型小鼠存在差异。
报告后，现场师生和时松海教授围绕神经元分布优势形成原因、转录因子对海马区发育的影响、使用的技术方法、皮层不同层的细胞密度差异的原因等问题进行了热烈的讨论。
时松海教授简介：
时松海博士，神经生物学家，清华大学生命科学学院院长、清华-IDG/麦戈文脑科学研究院院长。长期从事哺乳动物大脑发育和功能研究，主要集中于活体神经干细胞的调控、神经细胞的产生分化迁移、神经环路的精准组装和运行、以及动物行为的神经基础；同时致力于与神经发育和功能相关的重大疾病如小脑症和自闭症的致病机制研究，相关研究成果发表在Nature、Science、Cell、Nature Neuroscience、Neuron等。曾获美国科学杂志全球青年生命科学家大奖、美国Blavatnik青年科学家奖、美国霍华德-休斯医学研究所(HHMI)学者奖、新基石研究员等荣誉。