一只小鼠安静地坐在实验室里，眼前闪过《黑客帝国》中尼奥躲避子弹的经典镜头。它的视觉皮层中，成千上万的神经元随着画面的闪烁而被激活，如同夜空中接连亮起的星辰。
小鼠一立方毫米的脑组织中的 1,000 多个大脑神经元的渲染图。（图片来源：艾伦研究所Allen Institute）
这一幕不仅是科幻电影的再现，更是一场真实科学实验的起点，科学家们研究了完成这些“光影表演”的神经元，首次绘制了哺乳动物大脑的最大规模“接线图”。
哺乳动物的大脑结构具有高度保守性，虽然小鼠大脑与人类大脑之间存在差异，但其神经元的信号传递规则、层级处理架构与人类高度相似。通过研究小鼠是如何观看《黑客帝国》等影像的，可以帮助我们理解视觉是怎么在大脑中形成的。
小鼠大脑皮层中的锥体神经元图像。（图片来源：维基百科）
人脑约由860亿个神经元构成，每个神经元通过平均1000个突触与其他神经元连接。神经元由三部分构成：树突负责接收信号（类似天线），细胞体整合信息（如同处理器），轴突传递信号（相当于光缆）。
当视觉信号从视网膜传入大脑时，初级视觉皮层可以检测图像的朝向信息、颜色、运动方向、视野中位置等信息，之后初级视觉皮层会经过至少6级神经元的接力传递将视觉信息分发给多个更高级的脑区，由这些高级脑区进行分工细致的后续处理。这些高级脑区又会和更多脑区联系，从而影响人的行为和思想。
一立方毫米脑组织：
20万神经元与5亿突触的密码
该研究基于一个名为MICrONS的国际合作项目，项目涉及众多科研团队合作研究，旨在通过对大脑算法进行逆向工程来彻底改变机器学习，使用高通量成像技术绘制皮层回路的功能和连接性，目的是提供对皮层功能基础计算原理的见解，以推进下一代机器学习算法。
MICrONS项目开发的可视化工具Neuroglancer界面图。
而在本次小鼠实验中，科学家们利用一立方毫米的小鼠脑组织，定位了20万个脑细胞（其中8.2万为神经元）、5亿个突触及总长4公里的神经纤维。该 “接线图”还首次大规模记录了单个神经元的活动，标志着连接组学（connectomics）的重大突破。
研究团队使用了一种经过基因改造的小鼠，这种基因会让神经元在活跃时发光。
艾伦研究所的研究人员在审查神经元重建图。
他们先让小鼠观看两小时视频，包括科幻电影《黑客帝国》、体育、动画和自然的片段，使用激光显微镜记录了其视觉皮层7.6万个神经元的放电活动；随后将脑组织切成2.5万多片30-40 纳米厚的切片。然后这些组织切片在电子显微镜下放大大约20万倍拍摄，产生总共近1亿张高分辨率的图像，逐层成像并合成3D图谱；最终用AI标注神经元、分支及突触，并将结构与功能数据匹配，形成了这种宇宙星系般绚烂的大脑神经图谱。
从基因组计划到脑计划：
未来的无限可能
基于电子显微镜数据的渲染，显示神经元在大脑皮层片段中的位置。（图片来源：哈佛大学）
虽然当前图谱仅覆盖小鼠全脑的0.2%，已耗费数名科研人员数年时间，要绘制完整脑图，还有很长的路要走，但是这项成果如同人类基因组计划的开端，为未来探索脑疾病治疗奠定了基础。
这一庞大且公开的数据集将助力揭示认知与行为的神经网络本质。在未来，这类图谱可能会催生出革命性应用。例如脑际接口技术、神经调控技术、人工智能发展记忆存储等。
随着脑图谱逐渐完善，我们正站在前所未有的伦理十字路口。这项技术既能精准定位大脑病灶，也可能让大脑成为透明的“数据金库”。
我们不禁反思：完全解析大脑是否会像《弗兰肯斯坦》的故事那样带来伦理困境？如果某天能数字化人类意识，那个“副本”是否具备人权？我们既要惊叹神经回路的精妙，也要警惕技术对人性本质的挑战。
电影《黑客帝国（The Matrix）》剧照
正如《黑客帝国》中尼奥凝视着绿色数据流的本质世界，人类对大脑的探索正在揭开意识最深层的“源代码”。如果意识只是生物电信号的复杂组合，那么人类引以为傲的创造力与情感，是否终究是神经递质演绎的精密程序？在解码大脑的道路上，我们既是手握红色药丸的觉醒者，也是编写自身存在意义的程序员。（编译：杨雨鑫）
参考资料：
https://www.nature.com/articles/d41586-025-01088-x
https://phys.org/news/2025-04-scientists-mouse-brain-complex-galaxy.html
https://www.microns-explorer.org/
https://www.nature.com/articles/s41586-025-08790-w
https://apnews.com/article/brain-map-neurons-alzheimers-autism-1a4e9db0a86c082e10da9c154546c592
https://en.wikipedia.org/wiki/Neuron
作者：杨雨鑫
策划：刘颖 张超 李培元 杨柳
审核：宋坤
北京大学未来技术学院助理教授、研究员
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