2024年5月31日，《Neuroscience Bulletin》期刊在线发表题为《小鼠神经元全脑投射谱与动态信息耦合》的研究论文，该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）孙衍刚研究组联合华中科技大学武汉光电国家研究中心付玲教授研究团队共同合作完成。该研究开发了一种将神经元全脑投射组和动态信息耦合的方法，为深入理解大脑工作原理提供了重要基础。

神经元是大脑的基本单元，它们通过广泛的局部和长程联接构成复杂的神经网络。神经元动态特性及相互之间的联接模式对于神经网络的功能至关重要。介观投射谱技术以及具有细胞分辨率的功能成像技术的发展对理解神经网络具有重要推动作用。然而，在大多数情况下，单神经元投射谱与神经元动态信息是分别采集的，这使得理解具有特定神经动态特征的神经元是如何将信息传递给下游脑区具有一定困难，从而限制了我们对于大脑工作基本原理的认识。

为了解决这一问题，以往的研究开发了多种策略，但大多限于皮层神经元的动态信息和投射谱信息耦合。针对皮层下脑区神经元功能和投射谱的联合分析，尚缺乏可行的策略。本研究结合活体显微成像和高清荧光显微光学切片断层成像（HD-fMOST），开发了一种绘制深部脑区功能相关神经元全脑投射谱的策略，并获得了特定类型神经元亚型的动态信息和全脑投射谱。进行深脑神经元动态功能与结构信息耦合时，需要使用GRIN透镜作为光学中继进行活体成像。但GRIN透镜的固有像差导致神经元形态扭曲和信号强度减弱，影响与fMOST成像数据的匹配。该研究利用自适应光学技术校正了GRIN透镜的像差，提高了双光子钙成像数据与fMOST成像数据的匹配成功率，实现了海马CA1神经元动态信息和单细胞全脑投射谱数据同步获取。该研究进一步以黑质多巴胺能神经元为例，发展了用于绘制特定类型的功能特异性神经元全脑投射谱的策略。

中国科学院脑智卓越中心孙衍刚研究员、华中科技大学武汉光电国家研究中心付玲教授为该论文的共同通讯作者。华中科技大学博士研究生李翔和脑智卓越中心博士研究生杜赟为该论文的共同第一作者。华中科技大学的黄江枫、李文伟、凡若男，江涛、路长庚、管壮和脑智卓越中心的宋薇、周华、王晓飞等做出了重要贡献，华中科技大学苏州脑空间信息研究院的龚辉教授、李向宁教授、李安安教授提供了重要的帮助。该研究得到国家自然科学基金委员会、科技部、新基石科学基金会的资助。