“數(shù)字生命”大科學計劃的核心是實現(xiàn)生命的數(shù)字化解析,而高質(zhì)量、動態(tài)化、功能化的生命數(shù)據(jù)庫正是實現(xiàn)這一目標的基石。2025年7月15日,程和平院士團隊于《Scientific Data》發(fā)表“24-hour simultaneous mPFC’s miniature 2-photon imaging, EEG-EMG, and video recording during natural behaviors”研究成果,歷時五年攻關(guān),成功構(gòu)建全球首個覆蓋毫秒級神經(jīng)元鈣活動、秒級行為活動與天量級大腦活動狀態(tài)的高質(zhì)量跨尺度數(shù)據(jù)集,為哺乳動物的數(shù)字生命研究搭建了重要的數(shù)據(jù)底座。

論文上線截圖
內(nèi)側(cè)前額葉皮層(mPFC)作為大腦認知與行為調(diào)控的核心,參與決策、情緒調(diào)節(jié)、注意力等高級功能,但其多尺度動態(tài)編碼規(guī)律解析一直受限于行為范式單一、記錄時長短等制約問題。團隊依托自主研發(fā)的微型化雙光子顯微鏡(mTPM),結(jié)合腦肌電記錄系統(tǒng)和無干預家居行為監(jiān)測技術(shù),首次實現(xiàn)對自由活動小鼠mPFC的24小時連續(xù)、多模態(tài)同步觀測,成功采集單細胞分辨率鈣信號、全腦電活動、肌電信號以及進食、運動、睡眠等12類自然行為動態(tài)數(shù)據(jù)。研究累計記錄526顆經(jīng)人工校驗的神經(jīng)元,并通過構(gòu)建嚴格的多模態(tài)數(shù)據(jù)質(zhì)控流程確保數(shù)據(jù)高可靠性。

多模態(tài)記錄平臺與數(shù)據(jù)處理流程
該數(shù)據(jù)庫是目前全球首個涵蓋完整晝夜周期、多通道腦電與肌電、多種自然行為范式的 mPFC 神經(jīng)群體記錄集,實現(xiàn)從細胞到行為尺度、從秒級到晝夜周期的多尺度神經(jīng)行為整合。全部數(shù)據(jù)集已通過G-node向全球?qū)W術(shù)界開放共享(https://doi.gin.g-node.org/10.12751/g-node.1762hn/)。這些高可信度數(shù)據(jù),為探索神經(jīng)元群體動力學、腦狀態(tài)轉(zhuǎn)變機制以及AI算法在大腦真實數(shù)據(jù)中的應用提供了關(guān)鍵支撐,也是AI驅(qū)動生命解析、數(shù)字孿生與精準醫(yī)學應用的重要基礎。
研究團隊
論文第一作者為北京大學前沿交叉學科研究院博士生韓佳穎和未來技術(shù)學院博士后周芳旭,通訊作者為北京大學南京分子醫(yī)學轉(zhuǎn)化研究院張立風研究員和周芳旭。團隊表示,未來將繼續(xù)擴展跨模態(tài)、跨個體與跨任務的數(shù)據(jù)采集,發(fā)揮“多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學成像設施 - 南京類腦智能聯(lián)合實驗室”優(yōu)勢,推動成像組學數(shù)據(jù)平臺與“數(shù)字生命”大科學計劃的深度聯(lián)動,助力將“看見生命”轉(zhuǎn)化為可解讀、可模擬、可預測的數(shù)字生命系統(tǒng)。
【參考文獻】
Han, J., Zhou, F., et al. 24-hour simultaneous mPFC’s miniature 2-photon imaging, EEG-EMG, and video recording during natural behaviors. Sci Data12, 1226 (2025). doi: 10.1038/s41597-025-05527-2