2025年度技术：基于电镜的连接组学

近日，《Nature Methods》杂志在本月发布的特刊上公布了2025年度技术（Method of the Year 2025）。基于电子显微镜的连接组学（electron microscopy-based connectomics）获此殊荣。

人类为什么会思考，会做梦，又会规划与行动？关键在于大脑中数十亿个神经元及其连接而成的庞大网络。为了更深入了解大脑，一份完整的连接图谱至关重要。

考虑到人类大脑的庞大和神经元的微小，这一目标至今仍难以企及。不过，在一些小型大脑上开展的研究已取得显著进展。

文章梳理了人类探索大脑连接图谱的历史。近40年前，Sydney Brenner及其同事发表了首张模式生物（秀丽隐杆线虫）的连接图谱。此后，线虫的连接组不仅成为研究者解析线虫行为的蓝图，更激励着研究大型模式生物的神经科学家。

过去一年间，又有两项里程碑式的连接组研究成果问世。果蝇连接组联盟（FlyWire consortium）公布了成年果蝇大脑的完整连接组图谱，而MICrONS项目则实现了对1立方毫米小鼠皮层的功能表征和完整重建。

文章指出，要重建大型组织切片或整个大脑，实验和计算方法需同步推进。组织必须经过固定、染色和包埋处理，才能进行数千张切片的成像。即使采用并行化操作，这个成像过程仍需耗时数月。

在数据生成后，研究者需追踪神经元进行重建。此过程可通过人工进行或借助人工智能完成。不过，自动化计算工具并非完美，生成的重建结果仍需人工校对。目前，这是连接组学项目中最耗时的环节。

本期特刊还发表了一系列观点文章、新闻报道及相关的研究论文，重点探讨了连接组学的挑战与前景。

在评论文章中，Albert Lin和Mala Murthy探讨了如何利用完整连接组来生成神经回路功能的假说，并生成可通过遗传学工具来验证的预测。他们以果蝇连接组为例，阐释FlyWire连接组如何助力人们解析听觉回路和视觉回路。

Jan Funke在评论文章中探讨了连接组学面临的挑战。他特别提到了校对过程，需要人工修正自动生成的重建图谱中的错误。这一耗时耗力的工作往往需要数年才能获得高质量的重建图谱。未来，这一领域需要在工作量和准确度之间寻找平衡。

Ramin Khajeh和Wei-Chung Allen Lee在评论中探讨了电子显微镜的替代方案，如各种断层成像技术，这些方法对大样本极具吸引力。不过，通量升高可能以牺牲分辨率为代价。

此外，本期特刊还发布了未来值得展望的技术（Methods to Watch），包括基于AI模型建立虚拟细胞、大规模研究蛋白质无序区域、破译癌症微生物组、预测RNA结构、基于电生理学的细胞分型、蛋白质编辑等。