受航空航天技术启发 科学家开发新型X射线脑成像方法
科学家已开发出一种利用X射线捕捉大脑复杂结构的新方法，该方法无需破坏生物样本即可获取精细图像。
安德烈亚斯·谢弗表示："近年来，技术创新彻底改变了神经科学领域。过去大脑如同黑箱，其复杂内部结构被致密屏障包裹，难以通过无创技术进行成像且易造成损伤。如今我们能够深入观察大脑，绘制其复杂结构并追踪每个神经连接，这彻底革新了我们对大脑功能的理解——从感知外部世界到影响心理健康的各种疾病。"
安德烈亚斯领导着弗朗西斯·克里克研究所感官回路与神经技术实验室团队，并联合保罗谢勒研究所及欧洲同步辐射装置的国际成像专家共同推进此项研究。他们今日在《自然·方法》期刊发表的新成像协议，首次实现小鼠脑神经细胞连接的精准三维成像。这种名为X射线叠层成像的技术使科学家无需切割脆弱生物样本即可观测神经细胞连接。
航天材料赋能脑图谱绘制
该研究建立在体积电子显微镜技术（volume EM）的基础上。作为金标准成像技术，体积电子显微镜曾助力科学家绘制完整脑连接组图谱——先应用于幼虫后扩展至成年果蝇。此类技术需将组织切成每毫米数万片的纳米级薄片（厚度约数十纳米），逐层成像后再重建三维结构。
相较于电子束，X射线具有更强的物质穿透能力。国际团队由此探索该技术是否适用于不切割样本的情况下捕捉神经细胞细节。研究团队在标准体积电子显微镜样本制备流程中增加新步骤：采用航天工业研发的抗辐射树脂封装染色组织。研究负责人卡莱斯·博什·皮诺尔解释道："这种树脂使样本可承受比常规体积电子显微镜高20倍的辐射量，而高辐射正是实现神经回路精细成像所必需的分辨率保障。"
透视大脑连接的窗口
X射线叠层成像在同步加速器设施中完成，该装置利用电磁场将电子加速至极高速度。研究团队达到38纳米的分辨率，足以清晰呈现小鼠脑回路的多个关键结构，包括突触（神经元连接区域）、树突（神经细胞突起）以及大量轴突（传递电信号的神经纤维）。
安德烈亚斯强调："体积电子显微镜虽能革命性地展示细胞内部三维结构，但在绘制哺乳动物大脑神经连接图谱时存在局限——哺乳动物大脑体积过大，难以可靠切割成微小切片。我们通过新型协议和强效抗辐射材料，首次实现完整脑组织的超高分辨率成像。该技术的持续优化将助力绘制比果蝇脑大数万倍的小鼠脑连接组图谱。"
卡莱斯补充道："现已证实X射线成像适用于精细生物组织的三维无损成像，我们将持续优化方法以扩大视野范围并提升分辨率。样本成像尺寸上限是多少？能否获取更精细的结构？随着技术进步，我们正突破对脑等生物组织功能的认知边界。"
参考文献：Bosch C, Aidukas T, Holler M 等. 脑组织超微结构的无损X射线断层成像. 《自然·方法》. 2025.
【全文结束】
