【ZiDongHua 之“自动化学院派”标注关键词：中国科学院自动化研究所，脑科学研究，阿尔茨海默病 】
 
 
　　脑科学研究|中国科学院自动化研究所韩华研究员、李琳琳副研究员在NB发表研究论文
提供阿尔茨海默模型大鼠前额叶树突形态改变的超微结构证据
 
 
 
　　阿尔茨海默模型大鼠前额叶树突形态改变的超微结构发现
 
　　Ultrastructural Evidence of Altered Dendritic Morphology in the Prefrontal Cortex of Alzheimer's Model Rats
 
　　郭锦越1,2 • 刘静1 • 张衍超1,3 • 刘家正1 • 翟昊1,4 • 李琳琳1* • 韩华1,3*
 
　　1中国科学院自动化研究所脑认知与类脑智能全国重点实验室，北京 100190，中国
 
　　2中国科学院大学人工智能学院，北京 101408，中国
 
　　3中国科学院大学未来技术学院，北京 101408，中国
 
　　4德国马克斯·普朗克脑研究所连接组学系，法兰克福 60438，德国
 
　　第一作者：郭锦越
 
　　通讯作者：韩华、李琳琳
 
　　阿尔茨海默病（AD）核心病理之一是突触与树突结构的早期破坏，但传统影像学难以捕捉神经元在亚细胞层面的结构变化。本项研究利用能够高度模拟人类AD病理的AppNL-G-F敲入大鼠模型，建立了体积电子显微镜（vEM）成像与深度学习自动化识别相结合的分析框架，对大鼠前额叶皮层（PFC）IV层约13万立方微米脑组织进行了高分辨率3D重建与量化比较分析。
 
　　本项研究构建了大鼠皮层体电镜数据的端到端工作流，实现了集成的数据处理和分析流程。首先，对体电镜图像中的神经元树突等超微结构，通过深度学习分割模型进行自动化高精度重建；其次，通过形态计算与自监督学习对重建超微结构的空间拓扑与高维表征分别进行统计量化；最后，基于聚类和决策树的形态分析方法有效地呈现了重建超微结构的空间差异。本项研究构建的“计算-分析-比较”范式有望为神经元树突尺度的生物学发现提供强大的工具。
 
 
　　图1 大鼠前额叶皮层第四层树突和亚细胞超微结构的3D重建和分析。取自大鼠脑的前额叶皮层样本制样后，通过体电镜成像，并进行超微结构的重建（绿色：线粒体；黄色：突触后致密结构；蓝色：囊泡）。比较结果显示，阿尔茨海默病（AD）大鼠的蘑菇状棘突比例降低，线粒体、突触后致密结构和囊泡出现碎片化。这些发现突显了AD大鼠前额叶神经元树突的差异性变化。
 
　　基于上述方法，本项研究初步发现相较于野生大鼠，AD大鼠在PFC神经元细胞器超微结构方面的显著差异：
 
　　（1）神经元树突棘显著退化：AD大鼠神经元蘑菇型成熟棘比例降低，而细长型和短粗型棘增加。尽管AD大鼠神经元的总棘密度略有代偿性升高，蘑菇棘密度仍明显降低，提示成熟稳定突触大量丢失，可能直接损害PFC执行功能和突触可塑性。
 
　　（2）神经元线粒体碎片化加剧：AD大鼠神经元线粒体体积与表面面积显著缩小，但密度反而增加，管状型比例有所上升，MOAS和不规则型则减少，表明线粒体可能的裂变/融合失衡导致能量供应障碍。
 
　　（3）神经元突触与微环境改变：AD大鼠的突触PSD和囊泡簇（VC）体积/面积减小，多接触突触（多突触结MSB与多突触棘MSS）比例升高，提示突触总接触面积丢失后出现代偿性侧芽生长，但整体突触强度仍弱于野生型。
 
　　综上所述，本项研究在AD动物模型中实现了PFC树突及亚细胞结构的纳米分辨率大规模三维量化，揭示了“成熟棘丢失+线粒体碎片化+突触代偿性重塑”这一潜在病理链条，为理解AD早期突触功能衰退提供了超高分辨率结构证据。本项研究受限于样本数量，接下来可以进一步在充分数量样本上进行验证，同时本项研究建立的分析管道具备自动化、高通量特性，能够为后续大队列、多脑区、纵向研究奠定了坚实技术基础，有望加速AD突触病理机制解析与干预靶点发现。
 
　　关键词：阿尔茨海默病；突触；体积电子显微镜；树突棘；亚细胞超微结构
 
　　该项研究受到北京市自然科学基金、国家自然科学基金和科技创新2030-脑科学与类脑研究国家科技重大专项的经费资助。此外，该项研究感谢清华大学药学院、IDG/麦戈文脑科学研究所的鲁白教授及相关团队，他们在AD领域的科研成果在前期为本研究提供了关键的动物样本与技术积累。同时感谢位于北京怀柔科学城的脑认知功能图谱与类脑智能交叉研究平台，以及中国科学院自动化研究所显微技术与分析中心提供的必要技术支持和设备资源。
 
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　　https://link.springer.com/article/10.1007/s12264-026-01606-5