大脑是一个极其精密的信息解决系统，神经元则是其基本策画单位。轮番路大脑，不仅要知谈神经元“在作念什么”（功能），还要知谈它“长什么样、怎样承接”（结构）以及“由什么组成”（分子）。然则，这三类信息始终来自不同施行体系，难以整合。

微信公众号“脑科学与智能时期超卓更变中心”6月18日音书，如今，中国科学院脑科学与智能时期超卓更变中心的连络团队成效冲破这一瓶颈。2026年6月18日23点，Cell在线发表题为“Multimodalimagingofgeneexpression，morphology，andactivityofthesameneuron”的连络论文。

该连络由中国科学院脑科学与智能时期超卓更变中心王凯连络团队和徐圣进连络团队长入攻关完成。连络团队自主研发了基于成像的多模态理解平台Imaging-basedMultimodalCharacterization（IMC），初次终明晰对归拢神经元在体钙行径、全脑投射形状与3D原位基因抒发谱的高精度整合理解。

该职责冲破了始终存在的单细胞三模态数据获取和跨圭臬配准的时期瓶颈，为复杂脑功能理解和脑疾病机制连络提供了进军时期平台。

神经科学始终痛点：跨圭臬模态数据割裂，酿成“数据孤岛”

神经元的功能由其行径模式、基因抒发、细胞形状及环路承接共同决定。理念念的连络应是：在归拢细胞上同期获取这三类信息。然则，受限于不同模态时期在样本解决、成像圭臬上的巨大壁垒，现存时期大多只可分别获取单一模态信息。

比年来，海外上不绝竖立了触及“功能—分子”、“功能—结构”、“结构—分子”双模态整合时期。然则，“功能、结构、分子”三模态信息整合照旧神经科学连络中亟待攻克的中枢时期瓶颈。包括中国“脑科学与类脑连络”要紧技俩和好意思国NIHBRAINInitiative在内的海外脑计算，已在分子（细胞转录组）、结构（神经介不雅/微不雅会合）和功能（神经元行径记载）层面竖立起宏大的数据库，这些海量数据在各自范围证实着巨大作用，但相互间割裂且碎屑化，衰退归拢细胞水平的着实同源数据。

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

本连络竖立的IMC平台恰是为了攻克这一时期瓶颈，平台初次终明晰在归拢个神经元中获取跨圭臬、可径直对王人且互相考证的多模态数据，着实终明晰单细胞水平的高维信息整合。

图1 IMC平台的历程显露图

为竖立IMC平台，连络团队买通了从活体功能记载、全脑形状重构到3D原位分子检测的时期链路。

活体功能记载

在领路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阐明的反应。

全脑形状重构

通过二次荧光象征、脑透明化和多平面并行化双光子显微成像（multi-planetwo-photonmicroscopy，MP-TPM），在完满小鼠脑中重构归拢批神经元的全脑轴突投射和局部树突形状。

3D原位分子检测

期骗双色编码彭胀荧光原位杂交时期（dual-colorhairpin-encodedExpansion-AssistedIterative-FISH，2cEASI-FISH），在厚脑片中检测归拢神经元的基因抒发和RNA亚细胞定位。

自主中枢底层时期：两大“利器”确保高精度配准

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IMC平台的竖立离不开两项由团队自主研发并已恳求发明专利的底层时期:

多平面并行化双光子显微镜可在不切片的情况下，终了透明化全脑中单神经元形状的高分辨率跟踪重构。

双色编码彭胀荧光原位杂交时期2cEASI-FISH可在厚脑片中，终了mRNA分子的超分辨定位检测，并将每轮基因检测通量种植至6个基因。

这些底层时期的更变，充分保留了样本在不同模态检测阶段的3D空间信息和细胞形状，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，从而透顶买通了承接活体功能记载、全脑形状重构和3D原位分子检测的重要时期链路。

进军发现：多模态特征互补，发现新神经元亚型依托IMC平台，连络团队以小鼠低级视觉皮层为切入点，OD体育(ODSports)获取了207个具有在体功能行径和形状信息的神经元，进一步获取了141个神经元的完满三模态数据集，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：

多模态互补上风明显：形状与分子共同预测功能

连络发现，神经元的全脑投射模式、局部树突形状、基因抒发和RNA亚细胞定位等特征均包含与视觉反馈相干的信息。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、细胞形状和环路承接共同塑造。

RNA亚细胞定位行动新分子特征：不仅看“有若干”，还看“在何处”

借助2cEASI-FISH的超高分辨3D原位检测才能，连络团队不仅获取了基因抒发量信息，还保留了单个RNA分子在细胞内的空间分散。效力显现，mRNA的亚细胞定位模式本人组成了新的分子特征维度，可用于援手分手不同投射类型和功能类型的神经元。

理解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，且在丘脑区域呈现特有的投射分散；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臣升高。

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，连络团队识别出一类此前未被充分意志的Vglut1+/Vip+PT昌盛性投射神经元亚型。这类神经元不仅对棋盘格刺激反馈激烈，还对鼻侧阐明的迁移光栅进展特异性共激活反应，教导传统上常被视为抑止性神经元象征的Vip，也可用于界说昌盛性神经元的亚型。

异日预测：为跨圭臬、多模态连络提供新范式和着实基准数据

该连络竖立的IMC平台为单神经元多模态连络提供了新的范式。与传统轮番比拟，它使连络者约略从着实同源数据启程，分析分子身份、形状结构和功能反馈之间的关系。异日，该平台可扩展到更多脑区、细胞类型和行径范式，用于理解任务相干策画、环路结构和分子身份之间的关系，也可用于连络脑疾病中特定神经元亚型的功能特地、辘集改变和分子气象变化。

更进军的是，IMC平台产生的着实同源、跨圭臬三模态数据，可行动评估和考试多模态整合轮番的高质地着实基准（Ground-truth）资源。跟着神经科学和东谈主工智能交叉发展，如何将不同源流、不同圭臬的数据可靠整合，已成为脑图谱连络、NeuroAI和精确神经医学的中枢挑战。正如好意思国NIHBRAINInitiative主任JohnNgai近期发表的驳倒著述“Inventingthefuture:Aneuroscienceresearchroadmap”中所指出的，异日神经科学亟需竖立约略整合分子、细胞、环路和行径的多模态、多圭臬数据生态的脑常识库。本项连络征战的IMC平台OD体育(ODSports)官网入口，为将这一政策愿景升沉为可操作的施行体系迈出了重要一步。“异日已来，仅仅尚未流行”，跟着该三模态平台的逐步完善与向学界分享，其有望为脑图谱范式升级、复杂脑功能解码以及脑疾病阻挠注入强劲的新能源。