国际顶尖学术期刊《细胞》近日在线发表了一项来自中国科研团队的重要突破。中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心的研究人员王凯、徐圣进联合团队，成功开发出基于成像的多模态解析平台IMC，首次实现了对同一神经元的功能活动、全脑连接形态及三维基因表达谱的高精度同步分析。这一成果标志着神经科学研究从单一维度观察迈入多维度整合的新阶段。
大脑作为人体最复杂的器官，由数十亿神经元构成网络。传统研究往往只能单独解析神经元的"功能响应""结构连接"或"分子组成"，导致不同维度的数据形成孤立的知识板块。尽管国际学界近年来在双模态整合技术上取得进展，但同时协调功能、结构与分子三组数据的挑战始终未能突破。研究团队负责人徐圣进指出，三模态整合需要解决模态间兼容性、流程复杂度等技术难题，其难度呈指数级增长。
该团队历时九年攻关，通过创新技术路径打通了三大研究环节。在清醒小鼠实验中，研究人员首先利用双光子钙成像技术记录神经元对视觉刺激的动态反应；随后采用二次病毒标记与脑透明化技术，结合自主开发的多平面并行显微镜，在完整脑组织中重构神经元的全脑投射网络；最后运用厚组织空间转录组技术，在200微米脑切片中实现单个RNA分子的精准定位。整个流程涉及数十道精密工序，最终成功获取141个神经元的完整三模态数据集。
技术突破的背后是持续九年的科研坚守。2017年中国启动"脑科学与类脑研究"重大项目时，王凯团队便确立了多模态整合的研究方向。初期探索进展缓慢，首批研究人员直至毕业都未能取得突破性成果。2021年徐圣进回国加入后，两个实验室形成技术互补：王凯团队擅长神经光学成像与全脑结构解析，徐圣进团队则深耕功能-分子双模态整合。双方通过二次病毒注射技术解决荧光标记冲突，开发柔性光学窗口实现电极穿透标记，并研制出可将成像时间压缩至100小时的新型显微镜。
三模态数据集的开放共享已产生重要科学发现。研究证实，当同时分析神经元的形态特征与分子表达时，对其功能响应的预测准确率显著提升，表明神经元功能由多重因素共同塑造。更令人意外的是，RNA分子的亚细胞定位（如核内或胞质分布）本身构成新的信息维度，与神经元的投射模式和功能类型密切相关。团队还发现部分兴奋性神经元会表达抑制性标志分子，并对特定视觉刺激产生独特反应，挑战了传统的神经元分类理论。
这项研究得到上海市重大专项与国家科技创新2030项目的持续支持。目前所有原始数据已向全球科研界开放，IMC平台的技术体系正在向更多脑区与行为范式拓展。研究人员透露，该技术未来有望应用于脑疾病研究，通过对特定神经元亚型的精准解析，为神经系统疾病治疗提供新思路。随着多模态数据的持续积累，脑科学研究正逐步打破数据壁垒，在跨维度整合中揭示大脑运作的深层机制。
