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【NSC通俗解释】🧠颠覆认知的鼠脑地图：首个细胞级三维脑图谱来了！ ​

我们的大脑，是宇宙中最复杂的结构之一。但你知道吗？过去一百年，科学家用来“导航”老鼠脑部的地图，其实很多都是二维的、低分辨率的，就像用手绘地图开自动驾驶。

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现在，一项来自中国科学团队的突破性研究，首次绘制出具有1微米（1μm）等向分辨率的全脑三维老鼠脑图谱，不仅能精确定位单个神经元，还能从任意角度“切片”观察脑结构。这被誉为“神经科学界的高清版《航海图》”，有望彻底改变我们对脑科学、疾病研究、智能手术导航乃至人工智能的理解。

📖这项研究做了什么？ ​

研究团队利用一种叫做 MOST（微观光切片断层成像） 的高精度成像技术，对整个小鼠大脑进行了逐层扫描。他们采用改良的尼氏染色方法，使每个神经元、胶质细胞的轮廓都一清二楚，最终生成了 一个精度高达1μm × 1μm × 1μm的三维图像数据集。

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数据有多庞大？ ​

  • 总共获得 1.4万张冠状切面图像
  • 加上水平面、矢状面等，总量超过 3万张切片
  • 每个像素都精确到 单个细胞的大小

接下来，研究人员依据这些超高分辨率图像，手动和智能辅助地标注了大脑的916个结构区域，包括185个皮层区域和445个皮层下区域，并根据解剖学层次关系建立完整的三维重建模型。

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他们还创建了一个数字平台，让用户可以：

  • 在线查看3D老鼠脑图
  • 随意旋转、大角度“切片”
  • 叠加神经元投射数据
  • 模拟立体定位手术

这张被命名为 STAM（Stereotaxic Topographic Atlas of Mouse Brain） 的脑图谱，有望成为全球神经科学研究的重要参考标准。

🧠这项研究取得了哪些关键成果？ ​

1. 首次实现全脑1μm等向分辨率的三维重建 ​

传统脑图谱最大的局限，就是切片之间间距太大（100μm以上），容易错过细小结构的变化。而STAM图谱中的每个“立方像素”只有1微米，就像从一张模糊黑白照片变成了8K全彩3D模型！

研究人员可以：

  • 精准看到神经核团的“诞生与消失”边界
  • 追踪神经纤维的路径和分叉点
  • 对脑区进行任意角度的切面观察，不再受制于固定方向

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2. 覆盖范围最广、结构注释最全的老鼠脑地图 ​

STAM不仅包含大脑皮层区域，还涵盖海马体、丘脑、脑干、纹状体、边缘系统、纤维通路等细致结构，标注的解剖区域是现有国际标准图谱的2倍以上。

特别是对于复杂结构如“纹状体”“海马分层”等，STAM能准确刻画其3D分层细节，为神经环路追踪提供精度支持。

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3. 支持神经元单细胞级的电路投射映射 ​

研究团队整合了1600多个神经元的全脑投射数据，并将其精准匹配到STAM图谱之中。这意味着科学家可以查询任意一个脑区：

  • 它的“输入”来自哪些神经元？
  • 它的“输出”投射到哪里？
  • 投射通路途经哪些脑区？
  • 具体在大脑哪一层、哪个坐标点？

这是以往二维图谱根本无法做到的。

4. 提供精准的立体定位手术参考工具 ​

STAM图谱还具备立体坐标系统（基于bregma等标准头骨标志点），外加“参考点数据库”，能支持：

  • 精准注射
  • 手术导航
  • 光遗传调控
  • 靶向神经调控等需求

研究人员甚至开发了“一键规划注射路径”的模块，帮助科研人员绕过血管、高危区，实现精准送药或干预。

🌍这项研究会如何影响我们的生活？ ​

虽然这是一项“看起来很基础”的科研成果，但它的意义远超一张图谱。

✅ 推动脑疾病研究的精度革命 ​

从阿尔茨海默症、帕金森症、抑郁症、精神分裂，到中风、癫痫，很多脑疾病都涉及特定脑区的微小结构变化或神经环路异常。

现在，科学家终于有一张能精确到神经元、纤维通路的地图，可以：

  • 更早发现疾病起点
  • 定位治疗靶点
  • 精准追踪药物作用区域
  • 优化脑电刺激、深脑调控等技术

未来的神经疾病治疗，有望从“盲打”走向“精准制导”。

✅ 为人工智能和脑机接口提供“真实蓝图” ​

众多AI系统都在模拟大脑的神经网络结构和信息处理方式。但没有一张高精度的脑图谱，它们的“模仿”往往只是“神经元”的轮廓。

STAM为计算神经科学、类脑智能、脑机接口（BCI）提供：

  • 脑区连接逻辑
  • 不同脑区信息流动路径
  • 单神经元到网络级别的层次映射

这将使未来的类脑AI更真实、更精准，也让脑机接口更“懂你”。

✅ 开启全脑级系统生物学时代 ​

STAM图谱不仅支持解剖学，也支持将多种“组学信息”映射进去，比如：

  • 空间转录组
  • 蛋白质组
  • 表观遗传学
  • 神经代谢组

这就像是在地图上叠加“温度图”“人口图”“交通图”一样，让我们以系统整体视角理解大脑如何工作、如何失衡、如何恢复。

🧾结语：一张“老鼠脑地图”的重大启发 ​

别小看一只老鼠的大脑——它是理解人类大脑最重要的“窗口”。而STAM的问世，填补了全球神经科学精度上的空白。

这不仅是一项技术突破，更是一种科学精神的体现：

用分毫必究的态度，构建一个前所未有的“微观宇宙导航图”。

未来，也许每一次突破抑郁症治疗、每一次新型认知障碍干预技术的出现，背后都有这张“看不见但撑起一切”的地图。

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参考文献 ​

Feng, Z., Li, X., Luo, Y. et al. A mouse brain stereotaxic topographic atlas with isotropic 1-μm resolution. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09211-8