随着近些年来脑功能研究在模式生物（果蝇、鼠、猕猴等）的研究中取得大量突破性进展，人脑功能研究的迫切性日趋凸显。在人脑神经元研究领域，基于神经元的基因组、转录组等多维组学研究取得大量进展，但人脑的神经元形态学及其连接图谱研究仍处于起步阶段。受限于传统的“染色-形态描绘”的技术及人脑样本来源的限制，目前系统性搜集整理的人脑神经元三维形态数据集仍然非常缺乏，且缺乏可靠的神经元形态多维度分析计算工具实现对人脑神经元精准脑区的匹配和数据分析，因此亟需建立一套大规模、高通量的人脑神经元形态学建立、多维数据采集、功能脑区匹配及大数据分析平台，应对来自人脑神经元复杂性及多样性的挑战，最终实现脑功能研究的突破。

为了应对上述挑战，首都医科大学附属北京天坛医院张力伟教授团队联合东南大学脑科学与智能技术研究院等多个团队，发挥神经外科在精准定位和脑功能保护中的优势，完整保留脑深部恶性肿瘤手术入路切除肿瘤时获得的脑皮层组织，并实现离体缺血后的快速灌注，结合天坛医院神经外科多模态影像数据，在此基础上通过课题组建立的ACTomography（Adaptive Cell Tomography，自适应细胞断层成像）技术，在国际范围内率先建立了单细胞分辨率水平下的人脑神经注射标记、三维成像、神经元追踪、标准脑图谱配准、形态学模式分析以及可视化人脑神经元图像数据收集和建模工作平台，实现了全脑尺度的8个独立脑区及2个联合脑区的1746神经元的重建分析工作（图1），是迄今为止国际上报道的最大规模的人脑神经元数据集，为人脑功能研究提供了宝贵资源。

图1. 全脑尺度下针对8个独立脑区及2个联合脑区的1746个神经元映射及特征分析。

在此基础上，该研究团队建立的人脑神经元形态学多维数据分析及可视化技术（图2），可进一步实现高通量的，涵盖神经元皮层层次、棘突形状、左右半脑、脑区及受试者功能和行为数据的多层次的人脑功能拓扑学研究。不仅如此，该研究平台实现了迄今为止最为详细的神经元局部形态学重现，并提出基于大量局部神经元投射信息结合元数据模型计算，突破人脑神经元长程投射这一世界性研究瓶颈的研究范式，并作为大数据框架，可实现对神经电生理、基因组、转录组数据在内的多维组学数据的整合，为我国脑功能和脑疾病研究的提供有力支持，通过神经外科临床疾病特征、神经外科优势技术与脑功能前沿技术的有机结合，最终推动我国脑科学研究的发展。