微型化雙光子顯微鏡助力全球首個長時程跨尺度神經行為數據集構建

“數字生命”大科學計劃的核心是實現生命的數字化解析，而高質量、動態化、功能化的生命數據庫正是實現這一目標的基石。2025年7月15日，程和平院士團隊于《Scientific Data》發表“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，成功構建全球首個覆蓋毫秒級神經元鈣活動、秒級行為活動與天量級大腦活動狀態的高質量跨尺度數據集，為哺乳動物的數字生命研究搭建了重要的數據底座。
 
內側前額葉皮層（mPFC）作為大腦認知與行為調控的核心，參與決策、情緒調節、注意力等高級功能，但其多尺度動態編碼規律解析一直受限于行為范式單一、記錄時長短等制約問題。團隊依托自主研發的微型化雙光子顯微鏡（mTPM），結合腦肌電記錄系統和無干預家居行為監測技術，首次實現對自由活動小鼠mPFC的24小時連續、多模態同步觀測，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類自然行為動態數據。研究累計記錄526顆經人工校驗的神經元，并通過構建嚴格的多模態數據質控流程確保數據高可靠性。
該數據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 神經群體記錄集，實現從細胞到行為尺度、從秒級到晝夜周期的多尺度神經行為整合。全部數據集已通過G-node向全球學術界開放共享（https://doi.gin.g-node.org/10.12751/g-node.1762hn/）。這些高可信度數據，為探索神經元群體動力學、腦狀態轉變機制以及AI算法在大腦真實數據中的應用提供了關鍵支撐，也是AI驅動生命解析、數字孿生與精準醫學應用的重要基礎。

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學院博士后周芳旭，通訊作者為北京大學南京分子醫學轉化研究院張立風研究員和周芳旭。團隊表示，未來將繼續擴展跨模態、跨個體與跨任務的數據采集，發揮“多模態跨尺度生物醫學成像設施 - 南京類腦智能聯合實驗室”優勢，推動成像組學數據平臺與“數字生命”大科學計劃的深度聯動，助力將“看見生命”轉化為可解讀、可模擬、可預測的數字生命系統。

【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