2025年11月19日，海南大学和华中科技大学的骆清铭院士、李向宁教授和李安安教授共同作为通讯作者，在《Nature Communications》期刊在线发表题为Molecularly defined cellular atlas of the entire mouse brain with isotropic single-cell resolution（中文标题：各向同性单细胞分辨率的小鼠全脑分子定义细胞图谱）的研究成果。

哺乳动物大脑作为自然界最复杂的生物网络系统，其核心构成是数量庞大、类型多样的神经元。在大脑发育过程中，特定数量与类型的神经元需精准定位并形成功能性突触连接，构建起复杂的神经回路，这一过程的完整性与精确性直接决定大脑的正常生理功能。尽管近年来分子生物学技术已鉴定出大量细胞亚型，但关于这些细胞在全脑范围内的空间分布规律、组织模式及功能关联性，仍缺乏系统性的认知。一个多世纪以来，大脑细胞结构研究仍然依赖基于切片的传统组织学方法，但传统方法在切片厚度和质量，以及切片间三维对齐等方面存在固有技术局限，仍难以实现对全脑细胞类型的完整普查。近十年，转基因荧光标记与全脑三维成像技术快速发展，为解析大脑细胞组成带来新的可能，但仍然缺乏标准化、系统化和可整合的大规模数据。

针对这一关键需求，研究团队成功研发了全脑细胞架构解析平台（BrainCAD），该平台整合了转基因小鼠模型与荧光显微光学切片断层成像（fMOST）技术，能够以前所未有的清晰度和数据完整性，获取小鼠全脑的连续图像。其成像体素分辨率达到了0.3 μm × 0.3 μm × 1 μm，每套小鼠脑数据包含超过1.1万张完整冠状面图像——这一技术突破不仅能清晰识别脑内所有被标记的单个细胞，还可通过同步获取的细胞构筑参考图像，将目标细胞精准映射到参考脑模板，包括艾伦小鼠脑通用坐标框架（Allen CCF v3）及骆清铭团队发表于《NATURE》的小鼠三维立体定位图谱（STAM），为全球科研人员提供了统一、精准的研究参照体系。

基于该平台，研究团队系统性绘制完成20种关键类型细胞的全脑三维分布图（MiCAM），涵盖8种谷氨酸能神经元、5种GABA能神经元、6种调质神经元，以及小胶质细胞，这些细胞类型均是当代神经科学中广泛研究的对象。为确保图谱的可靠性，研究使用60余套高质量的小鼠全脑数据集，数据总量突破1000 TB。

不同于传统生物学依赖解剖形态观察的研究模式，本研究创新性地采用生物信息学分析思路，以海量数据驱动全脑解析。借助高分辨率三维细胞分布图谱，将小鼠全脑划分为了2.27亿个10微米等距的均匀三维网格，每个网格被设定为独立计算单元，通过代表19种神经元类型的多维参数向量进行表征。进一步通过大规模无监督聚类算法，以细胞组成模式的相似性为核心依据，将这些三维网格客观归为不同簇（cluster）。将这些簇映射至参考脑模板后，不仅能观察到簇的空间位置与已知解剖边界具有高度对应性，还发现已知脑区内存在独特的三维组织模式，这提示大脑可能存在更精细的功能分区。例如，该方法可以将尾状壳核（CP）的后外侧区域进一步细分为背外侧（CPdl）与腹外侧（CPvl）两个亚区，这一细分结果已在后续功能实验中得到初步验证。此外，通过全脑尺度的信息学整合分析，研究还揭示了兴奋/抑制（Glu/GABA）平衡的区域特异性特征——大脑皮层整体偏向“兴奋性”，而小脑则强烈偏向“抑制性”，这一平衡机制为疾病研究提供了全新视角。

该研究成果不仅填补了全脑单细胞分辨率分布图谱的国际空白，更以创新信息学范式推动脑科学研究突破传统生物学的局限，为神经环路解析、脑疾病发病机制探索及潜在药物靶点发现提供支撑，助力领域实现从“宏观描述”向“精细解析”的跨越式跃升。

论文作者团队：赵梦婷（一作）、周建东（一作）、江涛（一作）、任淼、窦楚皓、蔡令一、鲍晟达、贾雪艳、孟兆阳、唐斐芳、丰钊、袁菁、杨孝全、龚辉、骆清铭（通讯）、李向宁（通讯）和李安安（通讯）。

作者单位：海南大学生物医学工程学院，数字医学工程全国重点实验室，海南省生物医学工程重点实验室；华中科技大学苏州脑空间信息研究院；华中科技大学武汉光电国家研究中心。

本研究得到科技创新2030-“脑科学与类脑研究国家科技重大专项”（2021ZD0201002, 2021ZD0201001），海南省科技人才创新项目（KJRC2023A03），以及国家自然科学基金委项目（T2122015）的支持。

MiCAM图谱网址与配套分析工具链接：

https://atlas.brainsmatics.cn/MiCAM

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-025-65238-5