華打造“上帝視覺”顯微鏡

    大腦如何產生意識？腫瘤如何發生轉移？年僅三十歲的清華大學自動化係博士生導師吳嘉敏，希望自己參與研製的世界上獨一無二的顯微鏡，幫助人類揭開大腦的奧秘，

    並攻克癌症、帕金遜病、癲癇等疾病。

    吳嘉敏近年參與研製的一系列多維多尺度計算攝像儀器被稱為“上帝視角”的顯微鏡，讓科學家第一次可以在哺乳動物體內研究大規模細胞之間的交互作用，相關科研成果刊登在《自然》、《細胞》等國際權威學術期刊。

    在清華大學成像與智能技術實驗室，遮光簾幕下露出稀奇古怪的複雜零件，佈滿整個桌台。這是目前世界上唯一能夠實現小鼠全腦範圍亞細胞分辨率動態觀測的設備，是研究神經回路工作機理與大範圍腫瘤轉移機制的利器。

    吳嘉敏還介紹，以往生命科學研究大部分局限於體外觀測，活體內觀測常常面臨很大的挑戰。由於缺少從細胞到組織再到器官這一介於微觀與宏觀之間的介觀尺度活體觀測能力，極大限制了生命科學的進展。

    他提出了數字自適應光學技術，能以前所未有的精度記錄空間中每一條光線的信息，並在數字世界中重新組織每一條光線，操控光的傳播，克服物理世界中光學像差的擾動去恢復足夠高的空間分辨率，從而實現了複雜活體環境中的高分辨率高速三維觀測。

    清華大學的研究人員利用該儀器在國際上第一次實現了清醒小鼠全腦皮層範圍內亞細胞分辨率的動態觀測；第一次在哺乳動物體內觀測到癌細胞轉移時產生遷移體的亞細胞級動態變化。

    吳嘉敏介紹，在癌症治療研究方面，該技術可幫助臨床醫生在腫瘤切除手術中，實時快速判斷是否切除乾淨，也可幫助科學家大範圍觀測腫瘤轉移的過程，研究其機制。

    吳嘉敏希望不斷提高活體介觀顯微成像性能，看得更廣、更清晰、更快，捕捉到更多現象，並能讓新技術得到廣泛應用。目前該團隊已將顯微成像儀器從鋪滿一張桌台縮小到一個鞋盒大小。這一系列儀器已在支持清華、北大、三〇一醫院等二十項創新性科學研究。

    該團隊已成立產業化公司，將數字自適應光學技術應用在手機成像、自動駕駛三維感知等領域。此外，這一技術還可用於天文望遠鏡，幫助克服大氣湍流對天文成像造成的干擾，實現大範圍高分辨率的觀測。

    莘    華