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系统神经科学研究中的一个核心挑战，是阐明不同神经元细胞类型如何协同产生复杂行为：这一目标要求在行为动物中建立其分子身份、连接特征与活动模式之间的联系。近年来，单细胞RNA测序和空间转录组学的进展揭示了神经元之间显著的分子多样性。然而，大多数功能记录技术，包括体内双光子钙成像，都无法揭示被记录细胞的分子细胞身份。尽管已经能够在功能成像与事后分子谱分析之间，对数十到数百个神经元实现手动的一对一匹配，但这些方法通常劳动密集、难以扩展，并且只能覆盖有限比例的细胞类型。如何在大规模上整合这两种模态仍然具有挑战性，这限制了我们对神经计算一般逻辑的全面理解。在此，我们提出一种跨模态工作流程，将行为小鼠体内双光子钙成像与扩增辅助迭代荧光原位杂交（Expansion-Assisted Iterative Fluorescence In Situ Hybridization, EASI-FISH）相结合，后者是一种适用于厚组织的空间转录组学方法。 作为概念验证，我们将该工作流程应用于小鼠背侧海马，这是一个神经元密度高且细胞体积小的脑区，在该区域进行手动细胞匹配并不现实，因此它为检验该方法的准确性和可扩展性提供了严格测试。利用我们的方法，我们在数百到数千个神经元范围内，实现了体内神经活动与离体分子细胞类型身份之间的高精度配准，从而能够将神经动力学直接映射到经分子定义的神经元群体。我们表明，先进行纵向神经记录、随后实施分子图谱绘制，能够揭示动物学习空间导航任务过程中出现的不同神经活动模式。通过将活动模式与经分子定义的细胞类型相联系，该方法为检验神经表征究竟是通过细胞类型特异性的编码组织，还是通过分布式群体活动组织，提供了一个框架，并为理解神经回路生成复杂行为的计算逻辑提供了洞见。
系统神经科学研究中的一个核心挑战，是阐明不同神经元细胞类型如何协同产生复杂行为：这一目标要求在行为动物中将其分子身份、连接特征和活动模式联系起来。近年来，单细胞RNA测序和空间转录组学的进展揭示了神经元之间显著的分子多样性。然而，大多数功能记录技术，包括在体双光子钙成像，都无法揭示所记录细胞的分子细胞身份。尽管已经实现了功能成像与事后分子分型之间针对数十到数百个神经元的人工一对一匹配，但这些方法通常劳动密集、难以扩展，且只能覆盖有限比例的细胞类型。在大规模上整合这两种模态仍然具有挑战性，从而限制了我们对神经计算一般逻辑的全面理解。
在此，我们提出了一种跨模态工作流程，将行为小鼠的在体双光子钙成像与扩增辅助迭代荧光原位杂交（Expansion-Assisted Iterative Fluorescence In Situ Hybridization, EASI-FISH）相结合；后者是一种适用于厚组织的空间转录组学方法。作为概念验证，我们将该工作流程应用于小鼠背侧海马，这一区域具有高神经元密度和较小的细胞体积，人工细胞匹配在此并不现实，因此为检验该方法的准确性和可扩展性提供了严格测试。利用我们的方法，我们在数百到数千个神经元范围内，实现了在体神经活动与离体分子细胞类型身份之间的高精度配准，从而能够将神经动力学直接映射到经分子定义的神经元群体上。
我们表明，纵向神经记录结合后续分子定位，能够揭示动物学习空间导航任务过程中出现的不同神经活动模式。通过将活动模式与经分子定义的细胞类型相联系，该方法为检验神经表征究竟是通过细胞类型特异性的编码，还是通过分布式群体活动来组织的提供了一个框架，并为理解神经回路生成复杂行为的计算逻辑提供了洞见。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.26.747400v1?rss=1
🏷️ 双光子钙成像 空间转录组学 EASI-FISH 神经元细胞类型 海马 跨模态配准