发布时间：2026-04-16
人脑是宇宙中最精密的结构体系之一。更好地认识和理解我们的大脑不仅有助于治疗神经疾病，也能够为人工智能发展提供新的思路。中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（脑智卓越中心）自研的小鼠介观脑图谱在线数据库平台，致力于搭建一个国际性的脑图谱数据资源共享平台。其中，我们整合了高质量的数据资源，搭建了国内首个集单神经元投射、脑区数据3D可视化、数据分析、数据存储管理和安全共享于一体的单神经元联接图谱数据在线可视化系统（于2022年首次发布）。截至目前，本系统已经集成了前额叶皮层、海马、中央杏仁核、下丘脑、脊髓、全皮层等脑区数据集，构建了总计超4万个单神经元的小鼠全脑投射图谱。同时，我们制定了统一的单神经元投射图谱数据库标准规范，确保各类数据资源的高度可读性、一致性和可靠性。此项工作得到了科技创新2030—“脑科学与类脑研究”重大项目资助。
近日，最新发布了小鼠全皮层区域的单神经元投射图谱数据库资源（https://mouse.digital-brain.cn/projectome/whole-cortex）。用户只需通过浏览器，即可直观了解这些神经元的形态、投射特征和统计分析。该数据集由脑智卓越中心联合华中科技大学苏州脑空间信息研究院等团队合作完成。研究人员重建了小鼠大脑皮层中18621个神经元，确定了346种具有区域和层特异性分布的投射定义亚型。该分析揭示了七个皮层-皮层联接的亚模块结构、高分辨率的皮层层级分布以及单个神经元在皮层内多样化的轴突末梢分布。这些发现完善了传统的皮层-皮层联接和前馈/反馈模型。此外，该研究还揭示了精细的皮层-皮层下投射，包括多个超直接的皮层-基底神经节通路，并构建了皮层神经元与其皮层下投射靶区之间的详细拓扑投射。该研究成果以封面文章的形式发表在Cell Press细胞出版社旗下Neuron期刊（DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuron.2025.10.019）。
图1 该研究主要结果的总结图
研究人员通过对全脑范围内神经元轴突形态进行系统聚类，定量刻画了单神经元轴突形态的相似性，获得了346个皮层神经元投射组亚型。平台支持用户通过浏览器灵活筛选并查看该数据集的神经元亚型。在可视化窗口中，用户可直观查看神经元形态、空间分布以及全脑投射情况，并可将感兴趣的神经元一键保存为自定义群组进行针对性分析与数据组分享，或选择多个亚型的神经元进行对比分析探索。研究人员能够直观地理解数据，为进行功能实验或后续深度分析提供线索。
图2 单神经元投射图谱数据库应用-皮层神经元亚型可视化窗口
图3 皮层投射神经元分类
研究人员发现皮层锥体束（pyramidal tract, PT）神经元到基底节脑区的投射存在多种组合模式。例如，在超直接通路（hyperdirect pathway）中，PT神经元能够特异地投射到丘脑底核（subthalamic nucleus，STN），或者外侧苍白球（external globus pallidus，GPe），或者同时投射到STN和GPe。本系统不仅支持该数据在线可视化，而且提供数据检索与在线分析功能。用户可以便捷地查看胞体分布情况、胞体多轴向密度分布图、以及神经元在各脑区的多维投射热力图等，更直观地理解神经元及脑区数据间的关联和规律。
图4 VISp脑区皮层锥体束（pyramidal tract, PT）神经元的投射特征
此外，本系统还提供了便捷的组分享功能，用户只需生成共享链接，即可实现数据集的快速分发与协作，极大促进了项目组用户之间的高效沟通与联合攻关。
图5 数据组分享
用户可以对神经元数据进行检索并下载所选神经元的原始文件（.swc），或者在数据集共享页（https://mouse.digital-brain.cn/projectome/download）下载各公开数据集。
图6 小鼠全皮层单神经元投射图谱数据库应用链接
本系统也集成了脑智卓越中心前期开发了Fast Neurite Tracer（FNT）以及Gapr accelerates projectome reconstruction（GAPR）神经元追踪软件（Gou et al., 2024）工具。用户可点击导航栏上的更多工具【More Tools】下载相应的工具。
图7 GAPR - Gapr Accelerates Projectome Reconstruction下载页面
图8 FNT - Fast Neurite Tracer下载页面
随着科研工作的持续推进，小鼠介观脑图谱在线数据库平台将持续迭代更新。数据与计算中心致力于依托先进的可视化技术、强大的算力及创新算法，整合高质量多模态数据，打造开放共享的数据生态体系，提升数据效能，从而为解析大脑结构与功能提供强有力的工具支撑，助力全球神经科学发现的加速突破。
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