一项名为MouseMapper的全新人工智能框架，使科学家能够以细胞分辨率在整个机体范围内检查疾病相关的变化。

肥胖的影响远不止于代谢和脂肪储存。它还会改变全身的免疫活动、神经结构和组织组织，从而增加罹患2型糖尿病、心血管疾病、中风、神经病变和癌症等疾病的风险。尽管肥胖具有如此广泛的影响，但科学家们一直缺乏能够以高分辨率在完整生物体中检查疾病相关变化的工具。

由德国亥姆霍兹慕尼黑中心生物智能研究所（iBIO）所长、慕尼黑大学教授Ali Ertürk教授领导的研究团队，开发了MouseMapper。这是一套基于基础模型（foundation models）的深度学习算法，能够分析全身生物成像数据。

该系统能够自动识别31种器官和组织类型，同时绘制全身神经和免疫细胞图谱，使科学家能够同时研究完整小鼠的多个器官系统。

该研究的共同第一作者Ying Chen表示：“MouseMapper建立在基础模型之上，这意味着它的泛化能力远超其最初训练的数据范围。”

为了生成全身图谱，科学家们用荧光标记物标记了小鼠的神经和免疫细胞，这些标记物可以在显微镜下检测到。随后，他们应用了组织透明化技术，使动物变得透明，同时不干扰荧光信号，从而使研究人员能够对完整身体深处的结构进行成像。

研究团队利用先进的光片显微镜技术，生成了整个小鼠的详细三维图像。由此产生的数据集包含了不同器官和组织中数千万个细胞结构。MouseMapper自动分析了这些图像，识别出全身的神经、免疫细胞簇和解剖区域。

这种方法使研究人员能够精确找出炎症和结构损伤在脂肪、肌肉、肝脏和周围神经等组织中出现的位置，而无需预先选择特定区域。

为了研究肥胖相关的变化，科学家们给小鼠喂食了高脂肪饮食，使其产生与人类相似的肥胖和代谢功能障碍。MouseMapper揭示了全身免疫细胞组织和神经结构的广泛紊乱。

其中一项最重要的发现涉及三叉神经，这是一条负责面部感觉和运动控制的主要面部神经。在肥胖小鼠中，这些感觉神经的分支和末梢明显减少，这表明神经功能受损。行为测试也显示，肥胖小鼠对感觉刺激的反应不如瘦小鼠敏感，从而将结构损伤与感觉功能下降联系起来。

研究人员随后分析了包含面部感觉神经元细胞体的三叉神经节。利用空间蛋白质组学技术，他们识别出与神经重塑和炎症相关的分子变化。许多相同的分子特征也在人类肥胖患者的三叉神经组织中被发现，这表明在小鼠中观察到的神经改变可能也发生在人类身上。

该研究的第一作者、德国亥姆霍兹慕尼黑中心糖尿病与癌症研究所（IDC）资深科学家Doris Kaltenecker博士指出：“我们揭示了三叉神经节及其面部分支中以前未知的结构和分子变化，并且相同的分子特征在人类组织中得以保留。这种发现是无法通过一次只研究一个器官而获得的。”

除了肥胖，研究人员认为MouseMapper可以改进对影响多个器官系统的复杂疾病的研究，包括糖尿病、癌症、神经退行性疾病和自身免疫性疾病。与早期侧重于选定组织或器官的方法不同，MouseMapper提供了一个集成的全身分析平台，能够定位整个生物体内的疾病“热点”。

该团队还在线公开了全身数据集，允许世界各地的研究人员调查肥胖在不同组织和器官系统中的相关变化。

Ali Ertürk教授表示：“我们的目标是创建一个全面的框架，以理解疾病如何作为一个相互关联的系统影响身体。我们的长期愿景是构建真正逼真的健康和疾病小鼠数字孪生：细胞级别的图谱，我们可以通过计算进行查询、扰动和筛选。这将使我们能够查明疾病引起的最早变化，设计干预措施来预防它们，并加速新疗法的发现，同时减少我们所需的物理实验数量。”