2025年5月30日，《Science Advances》期刊在线发表题为《Whole-Brain Mapping of Basal Forebrain Cholinergic Neurons Reveals a Long-Range Reciprocal Input-Output Loop between Distinct Subtypes》的研究论文，该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）徐敏研究组与上海交通大学医学院张思宇研究组合作共同完成。研究聚焦于基底前脑的乙酰胆碱能神经元（BFCN），综合运用病毒示踪、脑片电生理、自主研发高通量解剖学数据分析软件等多项技术，发现支配前扣带回皮层(ACA)与支配基底外侧杏仁核(BLA)的基底前脑乙酰胆碱能神经元(BFCN_→ACA和BFCN_→BLA)是互不重叠的两个亚型，具有不同电生理特性、不同下游脑区等特点。本项工作首次明确了BFCN亚群的兴奋性输入网络和抑制性输入网络，发现BFCN_→BLA整合来自皮层和丘脑的认知相关信息调控情绪，而BFCN_→ACA则整合来自下丘脑和脑干的情绪和状态相关信息调控认知。此工作加深了对乙酰胆碱能神经元网络调控注意和恐惧的理解，并为胆碱能神经元子网络间相互作用提供了新的见解。

BFCNs通过在不同脑区，如ACA和BLA，释放乙酰胆碱来调控视觉注意和恐惧反应。注意与恐惧的交互作用对动物生存至关重要，恐惧使注意偏向威胁性刺激，而注意则能主动调节恐惧反应，但乙酰胆碱能系统如何协同调控注意和恐惧以使动物抉择适应当前环境的机制仍然未知。BFCNs在解剖学和功能学上的复杂性是解决该问题的主要挑战。

研究者通过病毒逆向标记示踪发现BFCN_→ACA和BFCN_→BLA分属两群神经元，通过脑片电生理记录两群BFCNs的电生理学特性，发现二者具有不同的放电特性。此外，轴突示踪实验结果表明BFCN_→ACA神经元主要支配皮层区域，而BFCN_→BLA神经元的轴突主要位于皮层下结构。

图1 A) BFCN_→ACA和BFCN_→BLA神经元在BF各亚区的分布占比及共标情况。B) BFCN_→ACA和BFCN_→BLA神经元的放电特性。C) BFCN_→ACA神经元的轴突分布。D) BFCN_→BLA神经元的轴突分布

通过研究BFCN_→ACA和BFCN_→BLA神经元的兴奋性输入网络、抑制性输入网络和输出网络之间的关系，研究者发现两个BFCN亚型的输入-输出子网络之间相互作用的一个长程环路：BFCN_→ACA神经元支配二者共同的兴奋性输入源──皮层；而BFCN_→BLA神经元则支配二者共同的抑制性输入源──纹状体和苍白球（图2）。

图2 BFCN_→ACA和BFCN_→BLA神经元网络间交互环路示意图

该研究在中国科学院脑智卓越中心徐敏研究员与上海交通大学医学院张思宇研究员的指导下，博士生陈兆南以及博士后刘燕梅（现为上海交通大学医学院松江脑研究院副研究员）为共同第一作者。该工作获得科技部科技创新2030重大项目、国家自然科学基金委员会和上海市科学技术委员会的资助。