一项发表于《自然》系列期刊的重磅研究，通过对小鼠视觉皮层一立方毫米组织进行为期七年的精细解析，绘制出迄今最全面的细胞结构与功能图谱。该研究表明，抑制性中间神经元并非孤立工作，而是以高度协同的方式，精心选择它们所连接的兴奋性神经元类型，并从不同角度靶向同一类或几类兴奋性神经元，如同一个交响乐团中不同乐器组的默契配合。这一发现推翻了以往对局部回路组织的认知，揭示了抑制性细胞作为大脑活动“真正指挥家”的核心地位。

这项研究是今日发表于《自然》系列期刊的十篇关于小鼠连接组学论文之一。为了构建这一图谱，研究人员在小鼠观看视频并在跑步机上跑步时，记录了其视觉皮层一立方微米区域内的神经元放电活动。随后，他们使用电子显微镜追踪了 orchestrate 这些大脑活动爆发的1,183个兴奋性神经元、164个抑制性中间神经元以及超过70,000个突触。

抑制性细胞的惊人特异性与协同性

艾伦研究所副研究员、该抑制性神经元研究的负责人Nuno Maçarico da Costa指出，研究不仅揭示了抑制性细胞对特定类型兴奋性细胞存在显著的特异性，更令人瞩目的是，来自非常不同类群的抑制性细胞也能共享这种特异性。哈佛医学院神经生物学教授Gord Fishell对此评价道，多种线索已暗示了这一点，但能够深入到超微结构层面进行观察，其成果是“惊人的”。

研究显示，抑制性中间神经元会精心选择它们所连接的兴奋性神经元类型。它们似乎以“团队”形式工作，从不同角度精准靶向相同类型或几类的兴奋性神经元。这种高度的协调性，使得抑制性细胞能够像交响乐团的指挥家一样，精确地组织和调控神经回路的整体活动。艾伦研究所高级研究员、MICrONS项目负责人之一Clay Reid表示，如果不了解皮层回路的结构，就难以理解现有及未来药物对该回路的影响。而现在，医学上可以调节的一个“旋钮”得到了更好的理解。Fishell也赞同，并将试图“开启”某些神经元比作“在音乐会中间演奏短笛并认为能让音乐更好听”。更优的目标是“获得对整个交响乐的控制权”，因为大脑功能最大的问题在于缺乏同步和协调。

MICrONS项目：海量数据与公开资源

这十篇论文合集是150多名科学家历时七年的工作结晶。其中一篇论文详细描述了对小鼠皮层一立方毫米区域进行精细结构和功能分析所产生的1.6 PB（拍字节）数据。研究人员结合了人工技能、机器学习和人工智能，分析了超过9500万张电子显微图像。这些数据已以名为“MICrONS Explorer”的交互式在线资源形式向公众开放。

艾伦研究所数据与技术副主任Forrest Collman解释了工作流程：从人工手动标注开始，然后利用机器学习进行引导，以便在整个数据集上运行。其结果是一张“精美”细节水平的地图。佐治亚理工学院生物医学工程副教授Eva Dyer（未参与该研究）表示，研究人员可以利用这张地图来“探究结构特征如何塑造连接性，揭示回路组织的局部规则，并测试关于皮层中重复出现的功能基序的长期假设”。

其他重要发现与未来方向

其余九篇论文描述了这些数据所促成的发现，例如视觉皮层切片中抑制性中间神经元之间协调的程度，以及有助于构建该数据库的其它成果：

• 神经元与胶质细胞的识别：在一篇论文中，研究人员描述了一种基于胞体特征来识别不同类型神经元和胶质细胞的方法。以往的方法需要轴突和树突等其他细胞结构的信息，这意味着需要更多的数据、时间和计算能力。

• 通用的布线规则：另一项分析提示了小鼠视觉皮层中可能存在一个通用的布线规则：对视觉刺激具有相似放电模式的神经元倾向于相互连接，并且接收来自同一神经元信号的神经元群体，其放电模式的相似性甚至比预期更高。

• 静态结构与动态功能：针对连接组是静态的、而活体大脑是动态的批评，Collman回应说：“你不能看着这些图像却看不到正在发生的运动。”他希望MICrONS Explorer能作为“我们作为科学家的想象力的发射台”，激发可通过实验室实验回答的新问题。

Dyer总结道，该数据集提供了一个前所未有的机会来研究神经元结构、连接性和功能之间的关系，为更基于生物学的皮层处理理论奠定了基础，并能够系统性地探究神经计算背后的结构逻辑。

艾伦研究所的科学家们还设立了一个专门用于分享意外发现的Slack频道，以及一个供研究人员提交研究问题和请求新数据的表格。Clay Reid 最后展望道：“整个项目最大的成功，将是它不仅仅是9篇更多的论文，而是由学术界完成的900篇或9000篇论文。”任何有网络浏览器的人都可以使用MICrONS Explorer来可视化紧密堆积在小鼠皮层一立方毫米（大约一个尖锐铅笔尖的大小）内的12万个细胞片段。已经有学生发现了少突胶质细胞前体细胞意外地吞噬轴突，以及一个血管穿透神经元胞体等奇特现象。

参考文献

Maçarico da Costa, N. et al. (2025). Inhibitory cells work in concert to orchestrate neuronal activity in mouse brain. Nature. 该研究是2025年4月9日发表在《自然》系列期刊上的十篇小鼠连接组学论文之一。本报道基于艾伦研究所团队的研究成果及对相关专家的采访。文中提及的MICrONS Explorer交互式在线资源已对公众开放。