大脑作为结构和功能最复杂的器官，是生命活动的司令部，识别大脑的三维结构，对脑科学研究有着重要作用。长久以来，为了能“看清”大脑的内部结构，了解其运转机制，科学家们都在尝试绘出一幅包含连接性,功能和微观结构的大脑高清“地图”并做出诸多努力，然而其技术难度极大。

中科院深理工/深圳先进院副研究员徐放，中科大研究生、中科院深理工/深圳先进院脑所客座学生沈燕、丁露锋、杨朝宇是论文第一作者，脑所徐富强研究员、肖彦洋副研究员、技术员吴丰佚等是论文的共同作者。中科院昆明动物所胡新天研究员、麻省理工学院Robert Desimone教授、加州大学洛杉矶分校董红卫教授、南加州大学张砺教授等团队参与了此项工作。毕国强教授和刘北明教授是论文的通讯作者。 

大脑是一个三维立体结构，其内部的神经网络结构就像是地球表面错综复杂的道路与河流，绘制大脑图谱就是要把这些河流与道路测绘出来，精细分解和描绘大脑复杂的三维结构。

为了理解人类大脑，科学家需要将果蝇、小鼠等作为基准和模型，其中猕猴是研究最为深入的非人类灵长类动物，为理解人类大脑健康和疾病提供了最佳模型系统。由于技术限制，目前的脑图谱研究主要集中于小鼠层面，国际通用的成像技术对小鼠进行微米分辨率全脑成像通常需要数天的时间。猕猴脑体积为鼠脑的200倍以上，要在较短时间内完成猕猴全脑成像是一项极大的挑战。

此前，研究团队经过数年的攻关，研发了VISoR高速三维荧光成像技术，该项成果于2019年发表于《国家科学评论》。这一技术通过斜截面扫描照明与同步成像，实现了在样品连续运动时进行无模糊的图像采集，消除了传统大样品成像需要在不同的小视野切换、停顿所带来的时间损失，数据采集速度比当前通用于小鼠脑图谱绘制的几种三维光学成像技术提升了数十倍，使得猴脑图谱解析成为可能。

猕猴大脑的三维高分辨重建图（a）、截面图（b）、内部神经纤维展示（c），以及部分神经纤维的全脑示踪和可视化（d）

除了成像通量的挑战，对猕猴脑进行高分辨全脑成像还面临沟回结构复杂、组织透明度差等多方面的困难。在通过了严格审核的伦理规范下，科研人员对猕猴大脑展开研究，采取先对离体大脑进行包埋切片的方式，使得溶液渗透效率仅依赖于切片厚度，而不受其大小的影响，并且发展了高折射率的PuClear组织透明化方法，对脑片的灰质与白质不同部分、不同深度达到均匀透明。然后通过改进的VISoR2系统，最终对猕猴全脑样品在100小时内完成1×1×2.5微米三维分辨率的图像采集,项目中两只猕猴大脑图像原始数据量超过了1 PB，约相当于113块10T硬盘的数量存储大小。