【ZiDongHua 之創(chuàng)新自科文收錄關(guān)鍵詞：清華大學(xué) 自動(dòng)化系 顯微鏡 人工智能 】
　　
　　“看穿”大腦！清華團(tuán)隊(duì)又又研發(fā)一臺(tái)超級(jí)顯微鏡
　　
　　你有沒有好奇過
　　
　　當(dāng)一段精彩的影視畫面映入眼簾
　　
　　大腦中數(shù)以億計(jì)的神經(jīng)元
　　
　　是如何迅速活躍起來
　　
　　相互作用形成特殊的神經(jīng)環(huán)路？
　　
　　又是如何產(chǎn)生意識(shí)？
　　
　　如果腦部不慎受到撞擊
　　
　　免疫細(xì)胞究竟是從哪里出發(fā)奔赴患處？
　　
　　從細(xì)胞異常開始
　　
　　一個(gè)腫瘤發(fā)生發(fā)展的完整過程
　　
　　到底是什么樣的？
　　
　　清華大學(xué)成像與智能技術(shù)實(shí)驗(yàn)室里
　　
　　憑借一臺(tái)前所未有的“超級(jí)顯微鏡”
　　
　　——RUSH3D
　　
　　研究者們正在連接微觀與宏觀世界的
　　
　　介觀尺度上
　　
　　全景、動(dòng)態(tài)、長(zhǎng)時(shí)程地
　　
　　觀測(cè)著哺乳動(dòng)物活體組織中
　　
　　大規(guī)模多樣化細(xì)胞間的交互行為
　　
　　探索著這些生命活動(dòng)的瑰麗奧秘
 
　　
　　9月13日
　　
　　清華大學(xué)戴瓊海團(tuán)隊(duì)
　　
　　在國(guó)際頂尖期刊《細(xì)胞》（Cell）
　　
　　發(fā)表最新工作
　　
　　宣布新一代介觀活體顯微儀器RUSH3D問世
　　
　　它具有跨空間和時(shí)間的多尺度成像能力
　　
　　填補(bǔ)了當(dāng)前國(guó)際范圍內(nèi)
　　
　　對(duì)哺乳動(dòng)物介觀尺度活體三維觀測(cè)的空白
　　
　　為揭示神經(jīng)、腫瘤、免疫新現(xiàn)象和新機(jī)理
　　
　　提供了新的“殺手锏”
　　
　　使我國(guó)生命科學(xué)家、醫(yī)學(xué)家
　　
　　能夠率先使用我國(guó)自主高端儀器設(shè)備
　　
　　來解決重大基礎(chǔ)研究問題
 
　　
　　細(xì)胞（Cell）官網(wǎng)相關(guān)論文頁面
　　
　　《細(xì)胞》（Cell）雜志相關(guān)論文首頁
　　
　　做顛覆性科研 研制超級(jí)顯微鏡
　　
　　儀器是科學(xué)研究的“先行官”
　　
　　顯微儀器的發(fā)明
　　
　　拓展了人類對(duì)生命活動(dòng)的認(rèn)知邊界
　　
　　但觀測(cè)儀器的研制
　　
　　長(zhǎng)期受困于視場(chǎng)與分辨率間的固有矛盾
　　
　　能“分得清”單個(gè)神經(jīng)元的傳統(tǒng)顯微鏡
　　
　　往往“看不全”
　　
　　僅能實(shí)現(xiàn)單個(gè)平面神經(jīng)信號(hào)的動(dòng)態(tài)記錄
　　
　　而可以在三維全腦范圍進(jìn)行觀測(cè)的功能核磁
　　
　　空間分辨率卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以識(shí)別單細(xì)胞
　　
　　介觀尺度上的技術(shù)空白限制著前沿突破
　　
　　活體介觀成像的技術(shù)空白
　　
　　“做基礎(chǔ)研究
　　
　　就是要有敢于做顛覆性科研的勇氣”
　　
　　懷著去科研“無人區(qū)”探索一番的決心
　　
　　戴瓊海團(tuán)隊(duì)自2013年起
　　
　　率先開展介觀活體顯微成像領(lǐng)域研究
　　
　　頂著“6年間幾乎無一篇論文發(fā)表”的壓力
　　
　　團(tuán)隊(duì)成員幾乎
　　
　　“一周7天、一天24小時(shí)都在實(shí)驗(yàn)室”
　　
　　瞄準(zhǔn)原始創(chuàng)新，集智攻關(guān)
　　
　　終在2018年成功研制出
　　
　　當(dāng)時(shí)全球視場(chǎng)最大
　　
　　數(shù)據(jù)通量最高的顯微儀器——
　　
　　高分辨光場(chǎng)智能成像顯微儀器RUSH
　　
　　與其他國(guó)家研制的儀器相比
　　
　　RUSH每秒能拍到百億像素
　　
　　是國(guó)際上首個(gè)能實(shí)現(xiàn)
　　
　　小鼠全腦皮層范圍神經(jīng)活動(dòng)
　　
　　高分辨率成像的儀器
　　
　　“看得寬”又“分得清”，還“拍得快”
　　
　　被國(guó)際同行譽(yù)為領(lǐng)域先驅(qū)
　　
　　RUSH系統(tǒng)
　　
　　“從0到1”的一步邁出去
　　
　　戴瓊海團(tuán)隊(duì)攀登這座科學(xué)高峰的旅程
　　
　　卻仿佛才剛剛開始
　　
　　他們看到
　　
　　飽受好評(píng)的RUSH仍然存在諸多局限
　　
　　每一項(xiàng)有待突破的技術(shù)瓶頸
　　
　　本身也都是生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域的國(guó)際難題
　　
　　想要在同一系統(tǒng)上
　　
　　同時(shí)解決一系列活體成像壁壘
　　
　　挑戰(zhàn)超乎尋常
　　
　　但又一個(gè)6年過去
　　
　　RUSH3D系統(tǒng)問世
　　
　　他們?cè)俅巫龅搅?ldquo;別人想都想不到的事”
　　
　　十?dāng)?shù)年磨一劍 開啟領(lǐng)域新紀(jì)元
　　
　　“要保持對(duì)基礎(chǔ)研究的持續(xù)投入
　　
　　鼓勵(lì)自由探索
　　
　　敢于質(zhì)疑現(xiàn)有理論，勇于開拓新的方向”
　　
　　2021年4月19日
　　
　　習(xí)近平總書記考察清華大學(xué)時(shí)
　　
　　曾來到位于主樓三層的
　　
　　成像與智能技術(shù)實(shí)驗(yàn)室
　　
　　并留下殷殷囑托
　　
　　強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識(shí)與使命擔(dān)當(dāng)
　　
　　驅(qū)動(dòng)著戴瓊海團(tuán)隊(duì)敢想更敢為——
　　
　　要用前人沒有用過的方法來解決難題
　　
　　走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，你會(huì)發(fā)現(xiàn)
　　
　　不同于僅主體部分
　　
　　就要單獨(dú)占用一個(gè)房間的RUSH
　　
　　RUSH3D的架設(shè)只需要一張桌子
　　
　　體積約縮小至此前的十分之一
　　
　　不僅儀器復(fù)雜程度和造價(jià)成本顯著下降
　　
　　更是“濃縮的精華”
　　
　　它集成了戴瓊海團(tuán)隊(duì)
　　
　　十?dāng)?shù)年來“打怪升級(jí)”所實(shí)現(xiàn)的一系列
　　
　　成像與智能技術(shù)理論和關(guān)鍵技術(shù)成果
　　
　　RUSH3D突破一系列技術(shù)壁壘
　　
　　用二維傳感器觀測(cè)三維動(dòng)態(tài)樣本
　　
　　將激光長(zhǎng)時(shí)間照射引起的細(xì)胞損傷
　　
　　也即光毒性降低上百倍
　　
　　利用計(jì)算成像“為機(jī)器設(shè)計(jì)眼睛”
　　
　　令常規(guī)尺寸物鏡
　　
　　也能實(shí)現(xiàn)十億像素成像
　　
　　系統(tǒng)觀測(cè)的精度
　　
　　就像“可以在10米見方的房間中
　　
　　同時(shí)捕捉成千上萬只螞蟻
　　
　　在三維空間中的運(yùn)動(dòng)軌跡”
　　
　　……
　　
　　這些看似“瘋狂”的想法
　　
　　在戴瓊海團(tuán)隊(duì)大膽地“另辟蹊徑”下
　　
　　變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)
　　
　　RUSH3D在兼具厘米級(jí)三維視場(chǎng)
　　
　　與亞細(xì)胞分辨率的同時(shí)
　　
　　還能以20Hz的高速三維成像速度
　　
　　實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)數(shù)十個(gè)小時(shí)的
　　
　　連續(xù)低光毒性觀測(cè)
　　
　　可以說，它不僅“分得清”
　　
　　還“看得更全”“拍得更快”“看得更久”
　　
　　有了RUSH3D
　　
　　研究人員終于能夠
　　
　　在哺乳動(dòng)物的活體環(huán)境器官尺度下
　　
　　同時(shí)觀測(cè)大量細(xì)胞
　　
　　在不同生理與病理狀態(tài)下的時(shí)空異質(zhì)性
　　
　　產(chǎn)學(xué)研深融合 交叉創(chuàng)新育人才
　　
　　重大原始創(chuàng)新成果
　　
　　往往萌發(fā)于深厚的基礎(chǔ)研究
　　
　　產(chǎn)生于學(xué)科交叉領(lǐng)域
　　
　　以“理學(xué)思維融合工科實(shí)踐”為科研理念
　　
　　戴瓊海團(tuán)隊(duì)正是在交叉領(lǐng)域踐行原始創(chuàng)新
　　
　　從儀器的研發(fā)制造到產(chǎn)出觀測(cè)成果
　　
　　團(tuán)隊(duì)中，來自不同單位
　　
　　不同學(xué)科背景的科研人員
　　
　　并肩探索全新的領(lǐng)域
　　
　　在一次次思維的激烈碰撞中
　　
　　學(xué)習(xí)交流、創(chuàng)新路徑
　　
　　“90后”甚至“00后”的青年學(xué)者迅速成長(zhǎng)
　　
　　在關(guān)鍵理論與技術(shù)的突破中嶄露頭角
　　
　　成果接連發(fā)表在國(guó)際頂尖期刊
　　
　　戴瓊海（左二）和團(tuán)隊(duì)部分成員
　　
　　“改變科學(xué)研究的路徑
　　
　　與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向
　　
　　推動(dòng)科學(xué)進(jìn)步、人民幸福
　　
　　是我們始終堅(jiān)持的奮斗目標(biāo)”
　　
　　目前已有多個(gè)交叉研究團(tuán)隊(duì)利用RUSH3D
　　
　　在腦科學(xué)、免疫學(xué)、醫(yī)學(xué)與藥學(xué)等多學(xué)科
　　
　　展示出一批“國(guó)際首次”的觀測(cè)成果
　　
　　小鼠全腦皮層范圍三維神經(jīng)成像
　　
　　以腦科學(xué)為例
　　
　　RUSH3D可以對(duì)正在“看電影”的清醒小鼠
　　
　　進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間三維全腦范圍高速成像
　　
　　并以足夠的空間分辨率
　　
　　呈現(xiàn)出所觀測(cè)17個(gè)腦區(qū)中
　　
　　如漫天星辰般點(diǎn)點(diǎn)閃耀的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)
　　
　　探究生物智能、意識(shí)等
　　
　　大腦功能的產(chǎn)生原理
　　
　　推動(dòng)對(duì)大腦退行性疾病的研究
　　
　　同時(shí)進(jìn)一步促進(jìn)腦啟發(fā)人工智能的探索
　　
　　在其他領(lǐng)域
　　
　　RUSH3D系統(tǒng)對(duì)病毒感染后的免疫反應(yīng)
　　
　　以及急性腦損傷修復(fù)過程等的全景式捕捉
　　
　　都展現(xiàn)出這一革命性工具的巨大潛力
　　
　　急性腦損傷后全皮層范圍單細(xì)胞水平免疫反應(yīng)
　　
　　與此同時(shí)
　　
　　一系列科技成果轉(zhuǎn)化正在進(jìn)行
　　
　　基于該系列成果的核心專利
　　
　　服務(wù)于國(guó)產(chǎn)自主可控的
　　
　　具備國(guó)際領(lǐng)先性能的
　　
　　高端光學(xué)顯微鏡
　　
　　以及其在生命科學(xué)等領(lǐng)域的前沿應(yīng)用
　　
　　并已支撐多家國(guó)內(nèi)高水平科研機(jī)構(gòu)
　　
　　在不同領(lǐng)域開展20余項(xiàng)創(chuàng)新性生命科學(xué)研究
　　
　　解讀生命密碼，守護(hù)人民健康
　　
　　“要做飛鳥，也要做青蛙”
　　
　　這是戴瓊海常常囑咐同學(xué)們的一句話
　　
　　他愿青年科學(xué)家
　　
　　既像飛鳥般飛高望遠(yuǎn)，瞄準(zhǔn)前沿
　　
　　也像青蛙般腳踏實(shí)地，探究細(xì)節(jié)
　　
　　在交叉創(chuàng)新地帶挑戰(zhàn)困難、開拓未知
　　
　　勇敢地攀登科學(xué)的新高峰
　　
　　面向未來
　　
　　戴瓊海團(tuán)隊(duì)探索原創(chuàng)問題的步履不停
　　
　　他們將奮力創(chuàng)造下一個(gè)“前所未有”
　　
　　向全人類一次次獻(xiàn)上
　　
　　來自中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)的“超級(jí)”驚喜
　　
　　清華大學(xué)自動(dòng)化系博士后張?jiān)?、深圳?guó)際研究生院博士生王鳴瑞和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院博士生朱齊禹是本次在《細(xì)胞》（Cell）所發(fā)表文章《Long-term mesoscale imaging of 3D intercellular dynamics across a mammalian organ》的共同第一作者，清華大學(xué)自動(dòng)化系戴瓊海院士、吳嘉敏副教授，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院郭增才副教授為該文共同通訊作者，郭鈺鐸、劉波、李嘉敏、姚嘯、孔垂、張億、黃予超、祁海參與并作出重要貢獻(xiàn)。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、國(guó)家科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃以及清華大學(xué)Brain-X項(xiàng)目的大力支持。