“看穿”大脑！我国科学家“上新”超级显微镜
想象一下，当你沉浸在一段精彩的影视画面中，你的大脑中数以亿计的神经元是如何迅速活跃起来，相互作用形成特殊的神经环路的？这些复杂的神经网络又是如何产生意识的？如果脑部不慎受到撞击，免疫细胞是如何迅速响应，从哪里出发奔赴患处的？从细胞异常开始，一个肿瘤发生发展的完整过程又是怎样？
为了找到上述问题的答案，清华大学戴琼海院士团队为我们带来了一个前所未有的工具——超级显微镜RUSH3D。这台显微镜的问世，标志着我们在连接微观与宏观世界的介观尺度上，迈出了重要的一步。研究者们现在可以全景、动态、长时程地观测哺乳动物活体组织中大规模多样化细胞间的交互行为，探索这些生命活动的瑰丽奥秘。
近日，戴琼海团队在国际顶尖期刊《细胞》上发表了他们的研究成果，宣布新一代介观活体显微仪器RUSH3D的问世。这一成果不仅填补了国际上对哺乳动物介观尺度活体三维观测的空白，更为复杂生物过程的研究提供了全新视角。
传统的光学显微镜虽然能够聚焦于单个细胞内的物质交互过程，但在观测活体组织时，却往往受限于视场与分辨率之间的固有矛盾。而RUSH3D的出现，使得研究人员可以首次以全景方式动态观测哺乳动物器官尺度亚细胞精度的组织异质性，这在活体组织中原位研究大规模多样化细胞在完整生理与病理过程中的动态交互行为，具有前所未有的时空跨尺度成像能力。
这一技术的突破，得益于戴琼海院士团队多年来的不懈努力。早在2013年，他们就开始了介观活体显微成像领域的研究。2018年，他们成功研制了国际首台亿像素介观荧光显微仪器RUSH，这一系统被国际同行誉为介观显微成像领域的先驱。然而，RUSH系统在当时仍然面临着一系列技术瓶颈，包括如何利用二维传感器实现高速三维成像，如何避免激光长时间照射所引起的细胞损伤，如何克服复杂成像环境导致的光学像差与背景干扰，如何提升弱光条件下的成像信噪比，以及如何高效处理大规模介观数据等。
在接下来的六年中，戴琼海院士团队持续攻关，提出了扫描光场成像原理、数字自适应光学架构、虚拟扫描算法、共聚焦扫描光场架构、自监督去噪算法等关键理论与技术，逐一解决了介观活体显微成像中的一系列壁垒，为新一代介观活体显微仪器RUSH3D的问世奠定了基础。
RUSH3D的问世，不仅在技术上实现了重大突破，更在实际应用中展现出了巨大的潜力。在脑科学领域，RUSH3D能够对正在“看电影”的清醒小鼠进行长时间全脑范围高速三维成像，并以足够的空间分辨率，呈现所观测17个脑区中如满天星辰般点点闪耀的神经元网络。这为探究生物智能、意识等大脑功能的产生原理，以及推动对大脑退行性疾病的研究提供了有力支持，还进一步促进了脑启发人工智能的探索。在免疫学领域，RUSH3D首次观测到了急性脑损伤后多脑区的细胞级免疫反应，发现大量中性粒细胞从非血管区域往脑内的迁移与回流过程，为免疫学研究提供了新的视角。
戴琼海院士团队的这一成就，不仅是对我国科研实力的一次展示，更是对人类探索生命奥秘的一次重要贡献。他们的努力，让我们对大脑的理解更加深入，对生命的奥秘更加接近。在未来，我们有理由相信，随着RUSH3D等先进仪器的不断应用和发展，人类对生命的认知将达到一个新的高度。让我们期待，这些超级显微镜能够为我们揭示更多关于生命的秘密，为人类的健康和福祉带来更多的希望。
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