通过神经回路可视化器网络平台对全尺度点神经元回路进行可视化和仿真

把隐藏的大脑活动呈现在你的屏幕上

数以百万计脑细胞的活动展开得既迅速又微小，肉眼无法直接追踪。然而，这些缠绕的电信号构成了我们记住朋友面孔或在新城市中找到路线的基础。本文介绍了神经回路可视化器（Neural Circuit Visualizer，NCV）——一个免费的网页平台，允许科学家和学生在浏览器中模拟并以3D形式观察大型脑回路的动态。通过将海量数据转化为直观的脑活动影像，NCV旨在让复杂的神经动力学更易于探索、共享和理解。

为何需要更好的大脑视图

现代神经科学能够记录并建模庞大的神经元网络，尤其是在支持学习、记忆和导航功能的结构如海马体中。但大多数工具要么只能在强大的本地计算机上运行，要么仅展示静态快照，或把大脑表示为抽象图示而非逼真的三维组织。因此，研究者常常难以看清细致的连线模式和细胞类型如何随时间协同工作。NCV的创建正是为弥合这一差距：它将先进的大脑模型和高性能超级计算机与在线互动查看器相结合，使任何具备相应权限并能访问网页的人都能逐个神经元地探索逼真的回路。

通往全尺度脑回路的网页窗口

NCV以海马体的全尺度模型为核心，首先聚焦于小鼠的CA1区，并提供了面向人类的演示模型。在这些模型中，数十万到数百万个细胞根据实验测得的解剖信息被放置在三维空间中，其电活动在远程超级计算机上计算。平台随后将结果流式传回浏览器，在那里每个细胞以三维空间中的彩色球体显示。用户可以播放、暂停并在时间线上拖动，同时观察活动波在海马弯曲层面上扫过。兴奋性和抑制性细胞使用不同颜色编码，活跃的神经元会短暂地变大并变亮，使得识别诸如传播性活动前沿或局部爆发等模式变得容易。

从原始数据到互动式探索

在幕后，NCV处理了通常需要编程技能的繁重工作。用户只需设置几个关键参数来控制兴奋与抑制的平衡以及背景输入的强度和频率，然后提交仿真任务，而无需为超级计算机编写任何脚本。任务完成后，NCV会自动汇总结果、解析文件并为三维回放做准备。相同界面还接受常见格式的用户生成数据，因此任何实验室只要文件中指明每个细胞在空间中的位置和发放时间，就能上传自己的网络布局和尖峰时间。系统透明地将大文件切分为时间片段，即使对拥有百万量级尖峰的回路也能保持流畅回放。

观察特定通路和区域的活动

NCV并不仅限于将大脑显示为无特征的点云。它随附了丰富且预先集成的完整小鼠海马结构重建——涵盖齿状回、CA3、CA2、CA1、下丘和内嗅皮层——基于社区数据库中已知的细胞类型及其位置。用户可以切换整个区域、层或单个神经元类别以聚焦特定结构，并能探索专门构建的连接模式，例如经典的CA3到CA1投射。在该通路中，NCV采用有生物学依据的规则，使得邻近细胞更容易相互连接，但整体连线仍保持稀疏，类似真实组织。观察模拟活动从CA3传入CA1，可以展示一个子区的局部发放如何在其他部位产生有序、时序锁定的模式。

为当今与未来的大脑研究而建

作者展示了NCV可扩展到数百万神经元的网络，同时在标准浏览器中保持响应性，这得益于精心设计的软件架构，结合了网页图形、保密服务器和跨欧洲研究基础设施的高性能计算资源。该平台已作为教学工具、检验新模型合理性的方法以及不同产生兼容输出文件的仿真包之间的桥梁。展望未来，团队计划增加更丰富的分析工具和更灵活的刺激选项，使用户能够探究回路对定向输入的反应或复杂节律的表现。简单来说，NCV将抽象的大脑模拟变为可观看和操作的对象，帮助研究者和学生直观理解海马体的结构与活动如何产生记忆、导航以及疾病中功能的失调。

引用: Ali, M., Smiriglia, R., Spera, E. et al. Visualization and simulation of full-scale point-neuron circuits via the Neural Circuit Visualizer web platform. Sci Rep 16, 14345 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44588-0

关键词: 海马体, 神经回路, 大脑仿真, 数据可视化, 高性能计算