皮质-纹状体回路在人类大脑中扮演着重要的角色，尤其是在学习、目标导向行为和运动控制等方面。尽管已有大量研究关注大脑皮层或纹状体的宏观组织结构，但关于皮质-纹状体微结构协方差的研究仍然有限。本研究通过结合T1加权/T2加权（T1w/T2w）成像和转录组数据，探讨了皮质-纹状体微结构协方差的梯度特征，并揭示了其与神经发育和神经精神疾病风险之间的关联。

研究首先将纹状体沿前后轴分为七个不同的区域，并计算了每个区域与大脑皮层之间的微结构协方差。结果显示，皮质-纹状体微结构协方差沿纹状体的前后轴呈现出明显的梯度变化。前部纹状体与前额叶和前颞叶皮层表现出显著的正相关，而与后部皮层（如感觉运动皮层和视觉皮层）则呈现负相关。这种协方差强度沿前后轴逐渐减弱，表明皮质-纹状体微结构协方差具有空间梯度特征。此外，研究还发现，这种微结构协方差与细胞类型特异性基因表达谱密切相关，尤其是兴奋性和抑制性神经元的基因表达在前部纹状体中表现出更强的相关性。

为了进一步探讨皮质-纹状体微结构协方差的遗传基础，研究使用了来自艾伦人脑图谱（Allen Human Brain Atlas, AHBA）的基因表达数据，并结合BrainSpan数据库中的发育基因表达数据，分析了皮质-纹状体微结构协方差在神经发育过程中的时空轨迹。结果显示，前部纹状体的基因表达谱与大脑皮层的解剖特性和细胞类型特异性基因表达高度一致，而后部纹状体的这种关系则显著减弱。此外，研究还发现，前部和后部纹状体在兴奋性神经元、星形胶质细胞和抑制性神经元的基因表达上存在显著差异，这可能解释了它们在行为和脑疾病中的不同作用。

图1：皮质-纹状体微结构协方差

在神经精神疾病风险方面，研究通过转录组相关性分析和功能磁共振成像（fMRI）验证，发现从内侧前额叶和边缘皮层到纹状体的神经通路与抑郁症、精神分裂症和双相情感障碍等神经精神疾病风险显著相关。特别是，精神分裂症患者的皮质-纹状体回路在基因表达和功能连接上表现出显著的特异性，支持了皮质-纹状体回路在神经精神疾病中的重要作用。

尽管本研究揭示了皮质-纹状体微结构协方差的梯度特征及其与神经发育和神经精神疾病风险的关联，但仍存在一些局限性。首先，研究依赖于小样本的基因表达数据，未来需要更大规模的转录组数据集来验证这些发现。其次，BrainSpan数据库中的发育基因表达样本有限，可能影响结果的稳健性。最后，研究中的分半验证分析显示，后部纹状体的微结构协方差在不同分组之间存在较大偏差，未来需要通过静息态fMRI数据进一步验证这一现象。

本研究揭示了皮质-纹状体微结构协方差的梯度特征，并阐明了其在神经发育和神经精神疾病风险中的潜在机制。这些发现为理解皮质-纹状体回路的功能特性和神经精神疾病的病理机制提供了新的视角。

原始出处：

Hu, S., Wang, Y., Wang, X. et al. Transcriptomic profiles link corticostriatal microarchitecture to genetics of neurodevelopment and neuropsychiatric risks. Transl Psychiatry 15, 48 (2025). https://doi.org/10.1038/s41398-025-03260-3