研究人员通过绘制小鼠脑组织中的1立方毫米内的细胞，创建了迄今最大、最详细的哺乳动物大脑“布线图”。这一里程碑式的成就还详细展示了单个神经元的大规模活动，这在神经科学领域尚属首次。

通过分析1立方毫米的小鼠脑组织重建的1000多个脑细胞的渲染图。图片来源：艾伦脑科学研究所

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这张高分辨率3D图谱包含20多万个脑细胞，其中约8.2万个是神经元。它还包括5亿多个神经连接点（突触）和超过4公里的神经元线路，所有这些都是在一小块与视觉相关的脑区组织中发现的。新图谱还捕获了数万个神经元发送信号并相互作用以处理视觉信息的活动。

这张大脑活动图谱和布线图，标志着旨在展示大脑如何处理和组织信息的连接组学领域的一座里程碑。在这项努力的背后，是来自“皮质网络机器智能”（MICrONS）项目的150多名研究人员。他们在4月9日发表于《自然》和《自然-方法学》的8篇论文中描述了他们的工作。MICrONS项目已将其资源上线，其他团队已在不同研究中探索它们。

“他们做到了神经科学界基本从未做到的事，那就是将神经元的活动映射到大量神经元线路上。”美国哈佛大学的神经科学家Mariela Petkova说，“我们从未见过如此大规模的图谱。”

论文作者之一、美国艾伦脑科学研究所的神经科学家Forrest Collman说，这些数据“非常令人惊叹”，“看着它们，真的会让你对大脑的复杂性产生敬畏，那种感觉就像仰望夜空中的星星一样”。

实验中，研究人员首先记录了小鼠在两个小时内观看各种视频时，视觉皮层中近7.6万个神经元的放电情况。然后，他们将1立方毫米的小鼠大脑切成数千个组织切片，每个切片大约是人类头发宽度的1/400。

科研人员对每个切片进行成像，并将图像组合成3D图谱。最后，他们使用人工智能和机器学习算法对神经元及其分支投射和突触进行注释。它们还将图谱中的神经元与他们对活动脑细胞的记录进行了匹配。

德国马克斯·普朗克脑研究所的神经科学家Moritz Helmstaedter认为，“这种规模的功能与结构的结合”是前所未有的，这是“令人印象深刻的努力和成功”。

这项工作让人们对塑造小鼠大脑神经回路的基本规则有了更深刻的理解。例如，作者发现，大脑皮层中对相似类型视觉特征——例如某些形状或运动方向作出反应的神经元——无论相距多远，往往会比与专门处理不同类型特征的神经元之间形成更多连接。

Collman说，这些结果为神经科学中的一个长期存在的理论增添了新证据，即“一起放电的神经元连接在一起”。之前的研究仅在数量有限的神经元和突触上测试了这一理论。他补充说，目前的研究表明，“这一规则在大脑皮层不同部分的应用程度存在差异”。

MICrONS项目的研究人员希望他们的数据集可以帮助揭示大脑的各种特征和过程。“我们以不同的详细程度和方式理解各种皮层区域。我认为这仅仅是将结构和功能关联起来的开始。”论文作者之一、艾伦脑科学研究所的神经生物学家Clay Reid说。

Helmstaedter说，研究人员可以使用布线图来研究大脑如何存储和回忆视觉记忆，例如“我们对上次生日派对或祖父母的回忆”，这些是“关于哺乳动物皮层的开放且基本的问题”。

艾伦脑科学研究所的神经解剖学家Nuno Ma?arico da Costa说，最新图谱覆盖了小鼠大脑的0.2%左右，接下来MICrONS团队将测试绘制小鼠整个大脑的技术。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-08790-w

https://doi.org/10.1038/s41586-025-08840-3