球形脑空间模拟器 (Spherical Brain Space Simulator)

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原创声明：本创意由 rubyguyan 于2026年3月首次提出并公开发布。

详细创意说明请参阅：IDEA.md

基于 FlyWire/FlyConnectome 真实神经元数据的脑空间模拟器。

简介

本项目使用果蝇大脑的真实神经元形态数据（SWC格式），在球形三维空间中进行神经元网络模拟。神经元之间通过碰撞自动形成突触连接，模拟真实的神经网络活动。

核心创新

• 球形空间约束：将神经元约束在球形空间内，形成自然的空间梯度
• 真实神经元数据：使用FlyWire项目的真实神经元形态
• 碰撞驱动连接：神经元通过物理碰撞自动形成突触
• 营养供给系统：球心营养充足，边缘稀少
• 神经元生命周期：分裂、消亡、动态平衡

数据来源

• FlyWire - 果蝇全脑连接组项目
• FAFB (Full Adult Fly Brain) - 成年果蝇全脑数据集
• 神经元ID来自 FlyWire 数据库

功能特性

• 真实SWC神经元文件加载
• LIF (Leaky Integrate-and-Fire) 神经元模型
• 神经元信号发送/接收接口
• 碰撞自动形成突触连接
• 营养供给系统（空间梯度）
• 2D/3D可视化切换
• 空间大小动态调整
• 时间比例速度控制
• 集群自动识别
• 信号监视面板

安装依赖

pip install matplotlib numpy

运行方式

python brain_space.py

参数选项

python brain_space.py --count 10        # 神经元数量
python brain_space.py --category 分类名  # 指定神经元分类
python brain_space.py --radius 1000     # 球形空间半径

快捷键

按键	功能
空格	暂停/继续
2/3	切换2D/3D模式
[ ]	缩小/放大空间
- =	减慢/加快速度
H	显示帮助窗口
I	显示/隐藏信号面板
N	投入新神经元
E	向神经元发送输入
S	保存状态
T	刺激随机神经元
Q	退出

文件结构

球形脑空间/
├── brain_space.py      # 主程序
├── swc_neuron.py       # SWC神经元模块
├── IDEA.md             # 创意说明文档
├── neurons/            # 神经元SWC文件
│   └── *.swc          # 真实神经元形态数据
├── docs/               # 文档
└── brain_space_data/   # 运行时数据

SWC文件格式

标准SWC神经元形态格式：

• 每行: 点编号 标签 X Y Z 半径 父节点
• 标签: 0=未定义, 1=胞体(soma), 5=分叉点, 6=端点

技术细节

坐标转换

FAFB坐标（纳米级）转换为球形空间坐标：

• X: 350000-550000 nm
• Y: 80000-220000 nm
• Z: 20000-240000 nm

LIF神经元模型参数

• 静息电位: -70 mV
• 阈值电位: -55 mV
• 重置电位: -75 mV
• 不应期: 2 ms

引用

如果你在研究或项目中使用了本创意或代码，请引用：

球形脑空间模拟器 (Spherical Brain Space Simulator)
作者: rubyguyan
GitHub: https://github.com/rubyguyan/spherical-brain-space
发布日期: 2026年3月

许可证

• 代码：MIT License - 自由使用，请注明出处
• 创意说明：CC BY 4.0 - 转载请注明出处

致谢

• FlyWire - 果蝇全脑连接组项目
• navis - 神经元形态分析工具