我们的大脑里有约860亿个神经元，有的会对棋盘格画面“兴奋”，有的只对特定方向的运动有反应；有的长得像一棵枝繁叶茂的大树，轴突伸到大脑的另一头，有的则只在局部活动。
科学家很早就知道这些差异，但始终回答不了一个问题：一个神经元的分子构成，加上它的形态和连接，是如何塑造出不同具体功能的？理想的研究是在同一细胞上同时获取这三类信息。然而，现有技术难以整合这三类信息。
中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心王凯团队和徐圣进团队，突破一直以来的技术瓶颈，第一次给出了答案。他们自主研发了基于成像的多模态解析平台，国际上首次实现在同一神经元解析其功能、结构和分子特征——就像给一个细胞同时拍了“工作视频”“全身照”和“基因身份证”。2026年6月18日，相关研究成果在国际权威学术期刊《细胞》发表。
【有海量数据，却是一座座“孤岛”】
要理解这项成果的分量，首先要回到神经科学的“底层困境”。
大脑是一个极其精密的信息处理系统，神经元是其基本计算单元。早在100多年前，科学家就观察到神经元形态的差异。然而，神经元的功能与其分子构成和结构之间的关系，一直以来是神经科学悬而未决的最基本问题之一。
理解这层关系，有着巨大的应用前景。“就能像‘精准制导’一样调控相关神经元，这对脑疾病的精准治疗意义重大。”王凯说。
目前，中国脑计划与美国脑计划均投入巨资，分别建立了海量的神经元分子、结构和功能数据库。但正如美国脑计划主任倪约翰（John Ngai）上个月发表的评论文章所指出的：这些数据库在各自领域发挥着巨大作用，但彼此之间缺乏联系，从而限制了它们发挥更大的作用。
而要把三大“数据孤岛”整合，面临着几乎不可调和的技术冲突，可谓“按下葫芦浮起瓢”。
比如，记录功能时需要给神经元表达钙离子探针，但该探针用于结构成像时又亮度不足。再如，解析结构通常需将实验鼠脑切成薄片，但如此一来又丢失了神经元完整的三维形态，无法有效保留、获取分子信息。
【产出三模态“金标准”数据集】
为攻克这些难题，两个团队联合攻关，从底层技术开始重新设计。
他们开发了基于成像的神经元多模态解析技术，用柔性透明材料替换传统的玻璃“窗口”，既保证功能数据最优，又不损伤脑组织。
为避免切片丢失信息，团队坚持对完整鼠脑进行透明化处理。但透明化过度会洗掉荧光蛋白，不透明又看不清深层结构。团队反复优化透明化配方，自主开发双光子显微镜——将一束光分成8束，同时进行8个不同深度的成像，将原本需要1个月的扫描压缩到100个小时，实现了在“不太透明”的样本中稳定高清成像。
他们在200微米厚的鼠脑组织中完成3D原位基因解析，最大限度保留了神经元的完整3D形态及局部空间微环境。
如今，这一基于成像的多模态解析平台不仅产出了141个神经元的完整三模态“金标准”数据集，还验证了形态与分子共同塑造功能，发现RNA亚细胞定位的新维度等，为未来脑图谱跨模态融合提供了坚实锚点。研究产生的单神经元多模态数据已向全球开放（https://mouse.digital-brain.cn/trimodal）。
这项成果的背后，是两个研究团队长期、紧密的深度合作。王凯擅长光学成像与工程，徐圣进擅长分子解析与神经环路，两人在海外博士后期间就已相识，合作起来默契十足。
而脑智卓越中心为这种高风险、长周期的原始创新提供了稳定支持。“即使几年没有论文产出，所里依然认同这个方向的价值。”徐圣进说，这让团队能沉下心来打磨细节。
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