单神经元三模态完整解析：我国科学家全球首次实现

人类大脑的复杂性再次被突破——一项关键技术实现了神经元多模态同步解析。

要完整解析一个神经元——大脑中负责信息传递的基本单元——必须掌握三大维度：它对刺激的功能响应、它的形态与连线结构、以及内部的基因表达与分子组成。这三者缺一不可。然而数十年间，全球神经科学界始终面临一个技术瓶颈：没有方法能在同一细胞上同时获取这三类数据。不同检测设备互不兼容，功能、结构和分子信息各自孤立，形成数据孤岛。各国脑科学计划积累了海量单模态数据，但因缺乏对应关系，跨维度的联合分析几乎无法落地。此前，能实现两类信息合并检测的报道都极为罕见，三类同步解析更是难上加难。

直到近期，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手攻克了这一难题。他们自主研发出全新的多模态解析平台——IMC，打通了从活体成像到基因检测的完整链路，在全球范围内首次实现同一神经元功能、结构、分子三维度的高精度同步解析。该平台依托两项自研核心技术：

高分辨率多平面并行化双光子显微镜——无需切片脑组织即可完整重建神经元全脑投射；双色膨胀荧光原位杂交技术——精准定位细胞内基因分子，单次可同时检测6种基因。

操作流程简明分为三步：首先，在清醒小鼠大脑中实时记录神经元对视觉刺激和面部运动的响应；其次，完整复原同一细胞遍布全脑的轴突与树突网络；最后，精准量化细胞内部全部基因的分布与表达水平。三步全程保持细胞空间位置不变，数据精准对齐。基于这套流程，团队已成功采集上百个神经元的完整三模态数据，并取得多项突破性发现。

与单一维度数据相比，同时结合细胞形态与基因信息，能够更准确地预测神经元的功能响应。更令人意外的是，基因在细胞内部的亚细胞分布位置本身即为区分不同神经细胞亚型的核心标识——这一发现极具价值。团队还鉴定出一类此前未被完整定义的兴奋性神经元亚型：它们同时表达抑制性神经元的特征分子，对视觉刺激呈现独特响应模式，直接挑战了学界对神经细胞分类的传统认知。

那么，这款国产多模态解析平台IMC的实际应用价值在哪？今后，科研人员可完整追踪单个神经元从基因表达、形态结构到功能活动的全链条变化，既可用于解析大脑基础运算逻辑，也能深入挖掘阿尔茨海默病等脑部疾病的细胞病变根源。同时，团队产出的同源三维数据，有望成为脑科学和类脑人工智能研究的标准参照数据库。可以说，这项研究补齐了全球脑计划缺失的关键实验工具，为绘制完整大脑图谱、开发疾病靶向干预手段提供了切实可用的技术支撑。