我們的大腦裡有約860億個神經元，有的會對棋盤格畫面“興奮”，有的隻對特定方向的運動有反應﹔有的長得像一棵枝繁葉茂的大樹，軸突伸到大腦的另一頭，有的則隻在局部活動。

科學家很早就知道這些差異，但始終回答不了一個問題：一個神經元的分子構成，加上它的形態和連接，是如何塑造出不同具體功能的？

中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心王凱團隊和徐聖進團隊，突破一直以來的技術瓶頸，第一次給出了答案。他們自主研發了基於成像的多模態解析平台，國際上首次實現在同一神經元上解析其功能、結構和分子特征——就像給一個細胞同時拍了“工作視頻”“全身照”和“基因身份証”。6月18日，相關研究成果在國際權威學術期刊《細胞》上發表。

要理解這項成果的分量，首先要回到神經科學的“底層困境”。

早在100多年前，科學家就觀察到神經元形態的差異。然而，神經元的功能與其分子構成和結構之間的關系，一直以來是神經科學懸而未決的最基本問題之一。

目前，中國腦計劃與美國腦計劃均投入巨資，分別建立了海量的神經元分子、結構和功能數據庫。但正如美國腦計劃主任倪約翰（John Ngai）上個月發表的評論文章所指出的：這些數據庫在各自領域發揮著巨大作用，但彼此之間缺乏聯系，從而限制了它們發揮更大的作用。

為攻克這些難題，兩個團隊聯合攻關，從底層技術開始重新設計。他們開發了基於成像的神經元多模態解析技術，用柔性透明材料替換傳統的玻璃“窗口”，既保証功能數據最優，又不損傷腦組織。

為避免切片丟失信息，團隊堅持對完整鼠腦進行透明化處理。但透明化過度會洗掉熒光蛋白，不透明又看不清深層結構。團隊反復優化透明化配方，自主開發雙光子顯微鏡——將一束光分成8束，同時進行8個不同深度的成像，將原本需要1個月的掃描壓縮到100個小時，實現了在“不太透明”的樣本中穩定高清成像。他們在200微米厚的鼠腦組織中完成3D原位基因解析，最大限度地保留了神經元的完整3D形態及局部空間微環境。

如今，這一基於成像的多模態解析平台不僅產出了141個神經元的完整三模態“金標准”數據集，還驗証了形態與分子共同塑造功能、發現RNA亞細胞定位的新維度等，為未來腦圖譜跨模態融合提供了堅實錨點。研究產生的單神經元多模態數據已向全球開放。（記者 黃海華）