“超级显微镜”助力脑科学探索

 

　　4月24日拍摄的清华大学校园景色。
　　新华社记者 邢广利摄

 

 

　　2016年11月，团队成员在清华大学进行第一代RUSH仪器系统集成测试。
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　　清华大学RUSH仪器外观图。
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　　小鼠全脑皮层神经活动动态成像结果图。
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　　4月19日，习近平总书记来到清华大学考察。在清华大学成像与智能技术实验室，习近平总书记察看实验室开展计算光学、脑科学与人工智能交叉科学实验研究和开发新科技应用场景情况，听取实验室理论研究、技术攻关、成果转化应用等情况介绍。习近平总书记指出，重大原始创新成果往往萌发于深厚的基础研究，产生于学科交叉领域，大学在这两方面具有天然优势。要保持对基础研究的持续投入，鼓励自由探索，敢于质疑现有理论，勇于开拓新的方向。

　　清华大学成像与智能技术实验室成立于2001年。实验室负责人戴琼海是中国工程院院士、清华大学信息科学技术学院院长。多年来，该实验室提出了多维多尺度光场智能成像理论，并通过原始创新，研制出了“光电芯片”“成像芯片”“显微仪器”，站在本领域的国际前沿。

　　被称为“超级显微镜”的高分辨光场智能成像显微仪器正是实验室前沿研究成果之一。这台领先世界的仪器有何神奇之处？未来又将如何实现成果转化落地？近日，记者走进清华大学成像与智能技术实验室，探访了这里的创新故事。

　　

　　领先国际的介观显微仪器

　　从清华大学东南门走进校园，一路绿树成荫。蓝天白云下，喷泉的水柱有节奏地跳跃着，闪烁着晶莹的光芒。就是在这样静谧的校园里，诞生着一项又一项顶尖的创新科研成果。高分辨光场智能成像显微仪器（英文简称RUSH）正是其中一个。

　　仪器是科学研究的“先行官”。自从显微镜发明以来，人类才逐渐看到了更微观的世界，比如微生物、细胞组织，推动了生命科学的发展。而在21世纪，揭示大脑的奥秘成为生命科学研究的金字塔尖。RUSH仪器的研制目标正是剑指脑科学研究。

　　戴琼海说，近100年有120多项获诺贝尔奖的研究与脑科学有关，说明全球科学界对脑科学研究特别青睐。一般成人大脑中有860亿到1000亿个神经元，每个神经元还包含1000多个突触，与其他神经元互相连接，并且连接关系处在动态变化中。研究大脑的运作机制，对发展人工智能、治疗如阿尔茨海默症等疾病都有重要意义。但因为人类的大脑是极为复杂的网络，我们至今对脑的科学研究还属于初步探索阶段。

　　“从2013年开始，美国、欧盟、日本、韩国等都启动了‘脑计划’研究。这当中的研究方向有很多，我们专注的是揭示神经环路的活动规律。”研发团队成员、清华大学自动化系副研究员范静涛向记者讲解道：“我们可以把神经元理解为一个个路由器，它们不断在收发信号，构成了人的思想、意识等。神经元之间先连接成小的神经环路，在此基础上再形成全脑神经网络。要直接看到神经环路里神经元是如何工作的，就是我们要突破的难题。”

　　在过去，脑观测仪器主要有两个方向：微观仪器能看清神经元，但看不到全脑；宏观仪器能看到全脑，但无法分辨神经元。