全球初度！我国科学家完成单神经元三模态无缺分析—旧事—科学网

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2026-09-22 08:39:44
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全球初度！全球我国科学家完成单神经元三模态无缺分析

除夜脑是初度一个极端精细的信息措置琐细，神经元则是国科其根本筹算单位。要邃晓除夜脑，完成无缺网不单要晓得神经元“在做甚么”（下场），单神还要晓得它“长甚么样、经元旧事若何邻接”（筹划）和“由甚么构成”（分子）。模态可是分析，这三类信息经久来自不合考验考验琐细，科学难以整合，全球成为神经科学研究的初度经久痛点。

如今，国科中国科学院脑科学与智能技能超卓立异中心的完成无缺网相干研究掉落踪掉落踪了新的打破。中心王凯研究团队和徐圣进研究团队连络攻关，单神自立研发了基于成像的经元旧事多模态分析平台Imaging-based Multimodal Characterization（IMC）。研究下场构成题为“Multimodal imaging of gene expression, morphology, and activity of the same neuron”的研谈论文，于北京时分2026年6月18日23点在Cell宣布。

比来几年来，国际上延续创建了触及“下场—分子”“下场—筹划”“筹划—分子”双模态整合技能，但三模态信息整合仍是中心技能瓶颈。国际脑筹算已构成在分子、筹划和下场层面的重除夜数据库，这些海量数据在各自局限阐扬着宏除夜感染，但彼其间***且碎片化，窘蹙不合细胞程度的真实同源数据。

基于光学成像，初度完成单神经元“下场-筹划-分子”三模态分析。本文图片均为中国科学院脑智超卓中心供图

IMC的展示，初度完成了在不合个神经元中掉落踪掉落踪跨标准、可直接对齐且彼此验证的多模态数据，真正完成了单细胞程度的高维信息整合。由此，在不合细胞上同时掉落踪掉落踪下场、筹划、分子三类信息的志向研说编制成为大年夜大年夜约，宏壮脑下场分析和脑疾病机制研究有了次要的技能平台。

为创建IMC平台，研究团队打通了从活体下场记实、全脑外形重构到3D原位分子检测的技能链路。在底层技能上，团队自立研发多立体并行化双光子显微镜和双色编码膨胀荧光原位杂比身手2cEASI-FISH，两项技能充分保管了样本在不合模态检测阶段的3D空间信息和细胞外形，为跨模态整合所需的高精度重建与空间配准供给了波动担保。

依托IMC平台，研究团队以小鼠初级视觉皮层为切进点，掉落踪掉落踪了207个具有在体下场活动和外形信息的神经元，进一步掉落踪掉落踪了141个神经元的无缺三模态数据集，包含皮层内投射神经元（intratelencephalic, IT）和锥体束神经元（pyramidal tract, PT），掉落踪掉落踪了多个次要创作创造。

IMC平台的流程展示图

研究创作创造，神经元下场身份由分子特点、细胞外形和环路邻接合营塑造，比照单一模态，多模态特点相连络能更切确地料想神经元的下场。同时，研究团队借助新技能成功保管了单个RNA分子在细胞内的空间分布。下场展示，mRNA的亚细胞定位编制本身构成了新的分子特点维度，可用于赞助分辨不合投射圭表类型和下场圭表类型的神经元。此外，研究成功分析了对棋盘格视觉安慰有偏好照顾神经元的特点，并辨认到新的神经元亚型。

与传统编制比照，IMC使研究者可以从真实同源数据解缆，分化分子身份、外形筹划和下场照顾之间的相干。研究团队引见，将来该平台可扩大年夜大年夜大年夜大年夜到更多脑区、细胞圭表类型和行动范式，用于分析义务相干筹算、环路筹划和分子身份之间的相干，也可用于研究脑疾病中特定神经元亚型的下场特别很是、联接改削和分子外形改削。

本文通信作者、脑智超卓中心研究员王凯展示，经由过程IMC一旦可以找到下场出格神经元的分子特点和筹划特点，便可以辅佐研究者更好地靶向调控这些神经元。这一方面可以在根本研究中辅佐分析一些具体问题，此外一方面对精准的脑调控和神经疾病医治都有次要意义。

更次要的是，IMC平台产生发火的真实同源、跨标准三模态数据，可作为评价和操练多模态整合编制的高质量真实基准（Ground-truth）成本。平台有看辅佐创建整合分子、细胞、环路和行动的多模态、多标准数据生态的脑常识库，这将为脑图谱范式晋级、宏壮脑下场解码和脑疾病干与干与注进微弱的新动力。