2026年6月19日，全球脑科学领域迎来重大里程碑。中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心研究团队在国际顶级期刊《细胞》上发布了一项开创性成果：全球首次成功实现对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、同步且原位解析，一举突破了长期阻碍脑科学发展的核心技术瓶颈。
众所周知，神经元是大脑处理信息的基本单元。要深入理解其运作机制，必须从三个维度进行“三位一体”的全面观测：神经元对外界刺激的实时功能反应、其形态结构及全脑连接图谱、以及内部基因与蛋白质的分子表达特征。
然而，过去的技术犹如“盲人摸象”，仅能分别采集其中一类或两类数据。不同来源的数据在空间坐标和时间维度上无法对齐，形成了难以整合的“数据孤岛”。尽管已有“功能+结构”或“结构+分子”等两两组合的研究，但要在同一个神经元上实现三者的完美统一，始终被认为是不可能完成的任务。
为攻克这一难题，研究团队另辟蹊径，自主研发了名为IMC的多模态解析平台。该平台包含两项核心技术：一是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情况下，完整、立体地描绘出单个神经元轴突在全脑范围内的复杂走向；二是双色膨胀荧光原位杂交技术，通过一次实验即可精准定位细胞内多达六种目标基因的空间分布图。
一次采集，全面理解
整个流程设计精妙，全程保持细胞原始状态。简而言之，实现“一站式”检测：首先让清醒小鼠接受视觉刺激，实时记录目标神经元的功能反应；随后在不移动样本位置的前提下，进行全脑三维结构扫描，重建其完整连接网络；最后对同一细胞进行多分子标记的原位检测。
由此，功能、结构与分子三类数据在时空上完全对应，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
借助这一平台，研究团队已成功采集上百个神经元的全维度数据，并取得了多项令人振奋的初步发现。
例如，结合细胞结构特征与内部分子表达模式进行分析后，研究人员对神经元功能响应预测的准确性显著提升。这说明，要真正理解神经元的运作逻辑，必须综合考量其形态与分子特征。更有趣的是，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分子“条形码”。尤为关键的是，研究还发现了一种此前完全未知的兴奋性神经元亚型——它同时表达传统上被认为是抑制性神经元特有的标志分子，并对特定视觉刺激展现出独特的反应模式。这一发现彻底刷新了学界对神经元分类体系的认知。
总体而言，IMC平台填补了全球脑科学研究工具领域的重要空白。其意义不仅在于能够绘制更精细的大脑连接图谱、理解大脑的基本计算原理，更在于为探索阿尔茨海默病等重大脑疾病的起源——即那些出错的“肇事细胞”——提供了前所未有的全新工具和研究路径。
该平台产生的高度统一、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通用“标准参考系”。无论是设计精准的脑疾病干预策略，还是研发真正“仿脑”的新一代智能系统，都需要如此坚实的技术底座作为支撑。从这个角度看，这项研究打开的大门，才刚刚透进第一缕曙光。
