這一成果意味著人們?cè)谏茖W(xué)、未來醫(yī)療和人工智能領(lǐng)域的一個(gè)升華。

5月29日晚間，自然雜志子刊Nature Methods發(fā)布了一篇名為《超高時(shí)空分辨微型化雙光子在體顯微成像系統(tǒng)》的論文，其中展示了我國(guó)在新一代高速高分辨微型化雙光子熒光顯微鏡研制上的成功。就在昨天，一場(chǎng)以此為主題的新聞發(fā)布會(huì)在北京大學(xué)英杰交流中心成功舉辦，向人們分享了我國(guó)在微型化雙光子熒光顯微鏡這一具有重大意義項(xiàng)目上的研究成果。

據(jù)了解，微型化雙光子熒光顯微鏡這一生命科學(xué)領(lǐng)域的重大成果是在國(guó)家自然科學(xué)基金委國(guó)家重大科研儀器研制專項(xiàng)的支持下，由北京大學(xué)分子醫(yī)學(xué)研究院、信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院、動(dòng)態(tài)成像中心、生命科學(xué)學(xué)院、工學(xué)院聯(lián)合中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院組成的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)三年所研制。值得注意的是，在研制過程中，團(tuán)隊(duì)還成功的獲取了小鼠在自由行為過程中大腦神經(jīng)元和神經(jīng)突觸活動(dòng)清晰、穩(wěn)定的圖像。

一直以來，人們對(duì)于大腦的追求熱情就是源源不斷的，而生命科學(xué)儼然已經(jīng)成為了當(dāng)下科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)研究趨勢(shì)。與此同時(shí)，包括中國(guó)、美國(guó)在內(nèi)的多個(gè)國(guó)家相繼推出了腦科學(xué)計(jì)劃，致力于全景式解析腦連接圖譜和功能動(dòng)態(tài)圖譜的研究工具。

“在這方面，研發(fā)的關(guān)鍵在于如何把不同尺度、不同模態(tài)的信息很好的整合起來，像分子信息、細(xì)胞信息以及大腦整體的活動(dòng)信息等等。”中科院院士、研究團(tuán)隊(duì)核心人物、北京大學(xué)分子研究院的程和平說。另外，對(duì)于未來的道路，他表示，在對(duì)大腦動(dòng)態(tài)圖譜的連接上，雖然前面還有很長(zhǎng)的一段路要走，但是曙光已經(jīng)出現(xiàn)。

據(jù)介紹，我國(guó)所研制的新一代微型化雙光子熒光顯微鏡體型嬌小，僅重2.2克。在性能上，其橫向分辨率達(dá)到了0.65μm，成像質(zhì)量可與商品化的大型臺(tái)式雙光子熒光顯微鏡相媲美。采用雙軸對(duì)稱高速微機(jī)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)鏡掃描技術(shù)，成像幀頻已達(dá)40Hz（256*256像素），同時(shí)具備多區(qū)域隨機(jī)掃描和每秒1萬線的線掃描能力。

此外，新一代微型化雙光子熒光顯微鏡采用了自主設(shè)計(jì)可傳導(dǎo)920nm飛秒激光的光子晶體光纖，首次實(shí)現(xiàn)了微型雙光子顯微鏡對(duì)腦科學(xué)領(lǐng)域最廣泛應(yīng)用的指示神經(jīng)元活動(dòng)的熒光探針（如GcaMP6）的有效利用。同時(shí)采用柔性光纖束進(jìn)行熒光信號(hào)的接收，解決了動(dòng)物的活動(dòng)和行為由于熒光傳輸光纜拖拽而受到干擾的難題。在未來，與光遺傳學(xué)技術(shù)的結(jié)合，渴望在結(jié)構(gòu)與功能成像的同時(shí)，精準(zhǔn)地操控神經(jīng)元和神經(jīng)回路的活動(dòng)。

在實(shí)際運(yùn)用中，佩戴在小動(dòng)物的頭部顱窗上，顯微鏡可以實(shí)時(shí)記錄數(shù)十個(gè)神經(jīng)元、上千個(gè)神經(jīng)突觸的動(dòng)態(tài)信號(hào)，而在大型動(dòng)物，其還能夠?qū)崿F(xiàn)多探頭佩戴、多顱窗不同腦區(qū)的長(zhǎng)時(shí)程觀測(cè)。

此前，在2016年底美國(guó)神經(jīng)科學(xué)年會(huì)、2017年5月冷泉港亞洲腦科學(xué)專題會(huì)議上，這一成果得到了包括諾貝爾獎(jiǎng)獲得者在內(nèi)的多位國(guó)內(nèi)外神經(jīng)科學(xué)家的高度贊譽(yù)。其中，冷泉港亞洲腦科學(xué)專題會(huì)議主席、美國(guó)著名神經(jīng)科學(xué)家加州大學(xué)洛杉磯分校的Alcino J Silva教授評(píng)述道：

從任何一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來看，這款顯微鏡都代表了一項(xiàng)重大技術(shù)發(fā)明，必將改變我們?cè)谧杂苫顒?dòng)動(dòng)物中觀察細(xì)胞和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的方式。它所開啟的大門，甚至超越了神經(jīng)元和樹突成像。系統(tǒng)神經(jīng)生物學(xué)正在進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代，即通過對(duì)細(xì)胞群體中可辨識(shí)的細(xì)胞和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的復(fù)雜生物學(xué)事件進(jìn)行成像觀測(cè)，從而更加深刻地理解進(jìn)化所造就的大腦環(huán)路實(shí)現(xiàn)復(fù)雜行為的核心工程學(xué)原理。毫無疑問，這項(xiàng)非凡的發(fā)明讓我們向著這一目標(biāo)邁進(jìn)了一步。

無可否認(rèn)，新一代微型化雙光子熒光顯微鏡這一成果改變了在自由活動(dòng)動(dòng)物中觀察細(xì)胞和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的方式，讓人們能夠長(zhǎng)時(shí)程觀察神經(jīng)突觸、神經(jīng)元、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程連接的腦區(qū)等多尺度、多層次的動(dòng)態(tài)變化，進(jìn)一步探索“大腦活動(dòng)”這一神秘的領(lǐng)域。對(duì)于生命科學(xué)、未來醫(yī)療等領(lǐng)域來講，這一成果的意義是不可估量的。

說到此，我們不禁聯(lián)想到了人工智能，眾所周知，“機(jī)器人能否具備思想”是一個(gè)永久議題，關(guān)于這個(gè)，不少領(lǐng)域內(nèi)的專家學(xué)者都發(fā)表的了自己的觀點(diǎn)，從整體來看，他們中的絕大多數(shù)都相信未來的機(jī)器人是能夠具備“自主意識(shí)”的，而其中的關(guān)鍵之處就在于人們對(duì)于大腦探索的進(jìn)展情況。

對(duì)此，程和平在現(xiàn)場(chǎng)表示：“目前的人工智能還處于弱人工智能階段，要想實(shí)現(xiàn)強(qiáng)人工智能，還是要向生物腦進(jìn)行學(xué)習(xí)。最簡(jiǎn)單的一個(gè)模式生物，學(xué)會(huì)一件事情或者說一個(gè)條件學(xué)習(xí)的過程，只需要半個(gè)小時(shí)或一個(gè)小時(shí)就能形成。在這個(gè)過程中神經(jīng)的回路正在發(fā)生了什么變化，原來是沒辦法知道的，但是用了我們這些微型化雙光子顯微鏡，就可以在它們執(zhí)行某個(gè)動(dòng)作的學(xué)習(xí)的過程中看到各個(gè)回路不同層次的特性變化。”

在微型化顯微鏡的幫助下，研究人員能夠以一種直觀的形式看到生物大腦中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作走勢(shì)，從而在人造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研發(fā)中獲得幫助或啟示，以推進(jìn)人工智能技術(shù)性能的提升以及弱人工智能到強(qiáng)人工智能的升級(jí)，做到“分析腦、理解腦、模仿腦”。

最后，記得關(guān)注微信公眾號(hào)：鎂客網(wǎng)（im2maker），更多干貨在等你！