单神经元三模态同步原位解析 中国科学家全球首例

2026年6月19日，脑科学领域迎来一项划时代突破。中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心团队在《细胞》期刊发表研究成果，在全球首次实现单个神经元的“功能活动、三维结构与分子表达”三类信息的完整、同步与原位解析，直接突破了长期困扰脑科学研究的核心技术瓶颈。

神经元是大脑信息处理的基本单位，要真正理解其运作，必须从三个维度同时入手，且做到“三位一体”：实时响应外界刺激的能力；形态结构及在全脑范围内的投射路径；内部表达的基因与蛋白质种类。

过去的技术如同“盲人摸象”，只能分别获取其中一类或两类数据。来源不同、坐标不统一、时间轴错位，最终形成难以弥合的“数据孤岛”。尽管出现过“功能+结构”或“结构+分子”的两两组合，但将三种信息完美统一在同一个神经元上，始终是悬而未决的难题。

为攻克这一堡垒，研究团队另辟蹊径，自主研发出IMC多模态解析平台。其核心包含两项“独门技术”：高分辨率多平面并行双光子显微成像系统，可在不损伤活体小鼠脑组织的前提下，完整立体地勾勒出单个神经元复杂轴突在全脑范围的走向；双色膨胀荧光原位杂交技术，一次实验即可精确定位细胞内多达六种目标基因的分布。

一次采集，全面理解

整个流程设计精巧，全程保持细胞天然状态。操作链条清晰：先让清醒小鼠接受视觉刺激，记录目标神经元对刺激的实时反应；随后在不移动位置的前提下，进行全脑三维“CT扫描”，重建其完整连接网络；最后对原位固定的细胞开展多分子标记检测。

功能、结构、分子三类数据在时间与空间上完全匹配，实现了真正意义上的“同源、同体、同时”分析。

首批发现，前景广阔

借助该平台，团队已成功采集上百个神经元的全维度数据，并收获多项激动人心的发现。

例如，将细胞结构特征与内部分子表达模式结合分析后，对神经元功能响应的预测准确性大幅提升。这说明，理解一个神经元的“决策逻辑”，不能只看形态或分子，必须多角度综合评估。
更有价值的是，基因在细胞内部的空间排布方式本身，可能成为区分不同神经元类型的新型“身份标识”。更关键的是，研究识别出一种过去完全未知的兴奋性神经元亚型——它同时表达传统上被认为属于抑制性神经元的标志分子，并对特定视觉刺激表现出独特的反应模式。这一发现直接刷新了学界对神经元分类的基本认知。

IMC平台填补了全球脑科学研究工具库中的一项关键空白。其意义不仅在于支持绘制更精细的大脑“地图”、理解基本计算原理，更在于为阿尔茨海默病等重大脑疾病的源头——那个出错的“肇事细胞”——提供了前所未有的追踪工具与干预路径。

它所产生的高度统一、可重复、坐标一致的多模态三维数据库，有潜力成为未来脑科学与类脑人工智能领域的“标准参考系”。从设计精准的脑疾病干预策略，到研发真正“仿脑”的新一代智能系统，都需要这样坚实的技术底座。这项研究打开的那扇门，才刚刚透出第一缕光。