人类大脑的奥秘，在于其数以亿计的神经元如何通过复杂的连接与信号传递，构筑出思考、情感与行为的宏伟蓝图。要彻底解密大脑，一项根本性挑战是必须同时理解单个神经元的三个核心维度：其功能活动、形态结构以及内部的分子组成。长期以来，这三类数据的采集技术彼此割裂，如同三座互不相通的孤岛，阻碍了科学家对神经元进行整体性的深度解读。如今，这一世界级难题已被成功攻克。
破解神经元研究的“数据孤岛”困境
神经科学研究要想深入，就必须精确描绘出每个神经元的三重“画像”：其一，是它的功能，即神经元如何响应外部世界的刺激，并处理内部信息流；其二，是它的结构，包括其独特的形态如何生长，以及它通过成千上万的突触与其他神经元建立的精细连接网络；其三，是其内在的分子蓝图，即哪些基因被表达，哪些蛋白质被合成，从而决定了细胞的特性。
过去，由于技术限制，研究人员只能分别使用不同的设备和方法来获取这三类信息。这意味着，即使对同一个大脑区域进行了海量研究，积累了丰富的功能、结构或分子数据，这些数据也往往来自不同的细胞群体，无法在同一颗神经元上进行精确的关联与比对。这种“数据孤岛”现象，成为制约脑科学迈向更高精度的关键瓶颈。此前，国际学界虽已实现了两类信息的联合检测，但将功能、结构、分子三者在同一细胞上高精度同步解析，始终被视为难以逾越的技术高峰。
自主创新平台IMC实现里程碑式突破
近日，来自中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心的王凯团队与徐圣进团队联合，取得了这项里程碑式的成就。他们自主开发了一套全新的多模态解析平台IMC，首次在全球范围内实现了对同一神经元功能、结构、分子信息的完整、同步、高精度解析。这一突破性成果已发表于国际顶级学术期刊《细胞》。
该平台的强大能力，源于两项自主研发的核心专利技术：
- 高分辨率多平面并行化双光子显微镜：这项技术无需物理切割脑组织，即可无损地、完整地重建出单个神经元遍布全脑的复杂纤维网络，精确描绘其结构连接图谱。
- 双色膨胀荧光原位杂交技术：该技术能够精确定位神经元内部的基因分子，单次实验即可同时检测多达6种基因的表达情况，清晰揭示细胞的分子身份。
借助IMC平台，完整的实验流程被精巧设计为三个紧密衔接的步骤：首先，在清醒的小鼠脑中，实时观测并记录目标神经元对特定视觉刺激（如画面或面部动作）的动态反应，获取其功能数据；接着，利用先进成像技术，完整重构出刚才记录过的同一个神经元在整个大脑中的精细三维形态与连接结构；最后，对同一细胞进行分子检测，精准捕捉其内部全部相关基因的分布位置与表达水平。整个过程确保了细胞的空间坐标始终一致，使得三类异质数据能够完美对齐，形成统一的“神经元全息档案”。
新发现刷新对神经细胞类型的认知
利用这套开创性的平台，研究团队已经成功完成了上百个神经元的完整三模态数据采集。通过整合分析，他们获得了多项前所未有的新发现。例如，相比仅使用单一维度数据，同时结合神经元的形态特征和基因表达信息，可以更准确地预测该神经元对特定刺激的功能响应模式。研究还揭示，基因在细胞内的亚细胞定位（如在胞体或树突中的分布差异），本身就可能成为区分不同神经元亚型的关键标识。
尤为引人注目的是，团队发现了一类先前从未被明确定义的兴奋性神经元新亚型。这类细胞虽然总体属于兴奋性神经元，却同时表达了通常被认为是抑制性神经元特征的特定分子标记，并且对视觉刺激展现出独特的响应特性。这一发现直接挑战并刷新了学界对神经细胞分类的传统认知框架。
为脑科学与类脑智能研究开辟新路径
国产多模态解析平台IMC的成功构建，其意义远不止于一项技术突破。它为核心脑科学研究与脑疾病探索开辟了全新的路径：
- 解密大脑基础逻辑：科学家现在能够以前所未有的完整度，追踪单个神经细胞从基因表达到形态结构，再到功能活动的全过程，为最终揭示大脑的信息处理与运算逻辑提供关键工具。
- 深挖脑疾病根源：该技术可用于探究在阿尔茨海默病等神经系统退行性疾病中，特定类型的神经元是如何从分子异常开始，逐步发展为结构损伤和功能丧失的，为开发靶向性干预手段奠定基础。
- 构建标准参照数据库：研究产出的高质量、同源三维数据，将成为脑科学和类脑人工智能领域极其宝贵的标准参照数据库，为模拟大脑、开发新一代AI算法提供真实可靠的生物学基准。
这项来自中国科学家的卓越工作，补全了全球脑科学计划中长期缺失的关键实验工具链。它不仅代表了我国在尖端神经技术领域的引领性贡献，更为最终绘制完整的大脑活动图谱、理解心智本质以及攻克重大脑疾病，提供了坚实而不可或缺的技术支撑。关于此项研究的更多深度资讯与后续进展，可持续关注米兰(milan)中国官方网站的科技前沿板块，米兰(milan)体育-米兰官方网站也将持续带来全球顶尖的科研动态分享。