大脑是一个极其精密的信息惩处系统，神经元则是其基本野心单位。要默契大脑，不仅要知说念神经元“在作念什么”（功能），还要知说念它“长什么样、何如一语气”（结构）以及“由什么组成”（分子）。然则，这三类信息恒久来自不同试验体系，难以整合。
微信公众号“脑科学与智能技巧超卓翻新中心”6月18日讯息，如今，中国科学院脑科学与智能技巧超卓翻新中心的辩论团队告捷冲突这一瓶颈。2026年6月18日23点，Cell在线发表题为“Multimodalimagingofgeneexpression，morphology，andactivityofthesameneuron”的辩论论文。
该辩论由中国科学院脑科学与智能技巧超卓翻新中心王凯辩论团队和徐圣进辩论团队长入攻关完成。辩论团队自主研发了基于成像的多模态判辨平台Imaging-basedMultimodalCharacterization（IMC），初度竣事了对团结神经元在体钙行动、全脑投射形态与3D原位基因抒发谱的高精度整合判辨。
开云体育世界杯中国官网首页该责任冲突了恒久存在的单细胞三模态数据获取和跨步骤配准的技巧瓶颈，为复杂脑功能判辨和脑疾病机制辩论提供了紧要技巧平台。
神经科学恒久痛点：跨步骤模态数据割裂，酿成“数据孤岛”
神经元的功能由其行动模式、基因抒发、细胞形态及环路一语气共同决定。理思的辩论应是：在团结细胞上同期获取这三类信息。然则，受限于不同模态技巧在样本惩处、成像步骤上的巨大壁垒，现存技巧大多只可分别获取单一模态信息。
频年来，海外上链接诞生了触及“功能—分子”、“功能—结构”、“结构—分子”双模态整合技巧。然则，“功能、结构、分子”三模态信息整合如故神经科学辩论中亟待攻克的中枢技巧瓶颈。包括中国“脑科学与类脑辩论”紧要时势和好意思国NIHBRAINInitiative在内的海外脑贪图，已在分子（细胞转录组）、结构（神经介不雅/微不雅皆集）和功能（神经元行动记载）层面诞生起庞大的数据库，这些海量数据在各自限制证据着巨大作用，但相互间割裂且碎屑化，短少团结细胞水平的真实同源数据。
IMC平台破局：买通从活体功能记载到原位分子检测的全链路
本辩论诞生的IMC平台恰是为了攻克这一技巧瓶颈，平台初度竣事了在团结个神经元中获取跨步骤、可告成对皆且相互考证的多模态数据，真实竣事了单细胞水平的高维信息整合。
图1 IMC平台的经由暗示图
为诞生IMC平台，辩论团队买通了从活体功能记载、全脑形态重构到3D原位分子检测的技巧链路。
活体功能记载
在清亮小鼠中进行在体双光子钙成像，记载低级视觉皮层（primaryvisualcortex，VISp）神经元对视觉刺激和面部畅通的反应。
全脑形态重构
通过二次荧光记号、脑透明化和多平面并行化双光子显微成像（multi-planetwo-photonmicroscopy，MP-TPM），在完好小鼠脑中重构团结批神经元的全脑轴突投射和局部树突形态。
3D原位分子检测
哄骗双色编码扩张荧光原位杂交技巧（dual-colorhairpin-encodedExpansion-AssistedIterative-FISH，2cEASI-FISH），在厚脑片中检测团结神经元的基因抒发和RNA亚细胞定位。
自主中枢底层技巧：两大“利器”确保高精度配准
IMC平台的诞生离不开两项由团队自主研发并已央求发明专利的底层技巧:
多平面并行化双光子显微镜可在不切片的情况下，竣事透明化全脑中单神经元形态的高分辨率跟踪重构。
双色编码扩张荧光原位杂交技巧2cEASI-FISH可在厚脑片中，竣事mRNA分子的超分辨定位检测，并将每轮基因检测通量进步至6个基因。
这些底层技巧的翻新，充分保留了样本在不同模态检测阶段的3D空间信息和细胞形态，为跨模态整合所需的高精度重建与空间配准提供了坚实保证，从而澈底买通了一语气活体功能记载、全脑形态重构和3D原位分子检测的关节技巧链路。
紧要发现：多模态特征互补，发现新神经元亚型依托IMC平台，辩论团队以小鼠低级视觉皮层为切入点，开云(中国)一站式服务官方网站得到了207个具有在体功能行动和形态信息的神经元，进一步得到了141个神经元的完好三模态数据集，包括皮层内投射神经元（intratelencephalic，IT）和锥体束神经元（pyramidaltract，PT），并取得了以下主要发现：
多模态互补上风彰着：形态与分子共同预测功能
辩论发现，神经元的全脑投射模式、局部树突形态、基因抒发和RNA亚细胞定位等特征均包含与视觉反馈关联的信息。多模态特征相伙同，比单一模态能更准确地预测神经元的视觉反馈类型，阐明神经元功能身份由分子特征、细胞形态和环路一语气共同塑造。
RNA亚细胞定位四肢新分子特征：不仅看“有些许”，还看“在那处”
借助2cEASI-FISH的超高分辨3D原位检测才能，辩论团队不仅得到了基因抒发量信息，还保留了单个RNA分子在细胞内的空间散布。成果深化，mRNA的亚细胞定位模式本人组成了新的分子特征维度，可用于接济分别不同投射类型和功能类型的神经元。
判辨棋盘格反馈神经元特征：投射特异，Rbp4抒发更高
对棋盘格刺激高度反馈的PT神经元，在视觉皮层里面轴突投射较弱，且在丘脑区域呈现私有的投射散布；分子层面相较其他PT神经元而言，则具有相对较高的Rbp4抒发。后续在Rbp4-Cre小鼠中的在体功能成像考证了该预测：Rbp4抒发富集的神经元中，棋盘格反馈细胞比例权贵升高。
识别新的神经元亚型：Vglut1+/Vip+PT神经元
将Vip基因抒发水平与神经元胞体空间位置相伙同，辩论团队识别出一类此前未被充分意志的Vglut1+/Vip+PT喜跃性投射神经元亚型。这类神经元不仅对棋盘格刺激反馈热烈，还对鼻侧畅通的移动光栅推崇特异性共激活反应，教导传统上常被视为禁锢性神经元记号的Vip，也可用于界说喜跃性神经元的亚型。
明天意料：为跨步骤、多模态辩论提供新范式和真实基准数据
该辩论诞生的IMC平台为单神经元多模态辩论提供了新的范式。与传统要领比拟，它使辩论者好像从真实同源数据开赴，分析分子身份、形态结构和功能反馈之间的关系。明天，该平台可扩展到更多脑区、细胞类型和行动范式，用于判辨任务关联野心、环路结构和分子身份之间的关系，也可用于辩论脑疾病中特定神经元亚型的功能相等、皆集编削和分子情景变化。
更紧要的是，IMC平台产生的真实同源、跨步骤三模态数据，可四肢评估和锻真金不怕火多模态整合要领的高质地真实基准（Ground-truth）资源。跟着神经科学和东说念主工智能交叉发展，怎么将不同起首、不同步骤的数据可靠整合开云体育，已成为脑图谱辩论、NeuroAI和精确神经医学的中枢挑战。正如好意思国NIHBRAINInitiative主任JohnNgai近期发表的驳斥著作“Inventingthefuture:Aneuroscienceresearchroadmap”中所指出的，明天神经科学亟需诞生好像整合分子、细胞、环路和行动的多模态、多步骤数据生态的脑学问库。本项辩论斥地的IMC平台，为将这一计谋愿景振荡为可操作的试验体系迈出了关节一步。“明天已来，仅仅尚未流行”，跟着该三模态平台的逐渐完善与向学界分享，其有望为脑图谱范式升级、复杂脑功能解码以及脑疾病干扰注入健硕的新能源。
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