全球首創！臺大跨領域團隊發表超高速顯微鏡 有助腦神經疾病研究

國科會今舉辦「超高速4D顯微鏡」研究成果記者會。記者張博瑞／攝影

腦科學研究向來複雜，清楚看見活體的神經運作，以及神經之間的溝通是目前研究的困難之處。臺大物理系教授朱士維領軍的團隊，結合AI技術、研發出全球首創的「超高速4D顯微鏡」可讓腦部神經運作的影像清晰度提升近10倍，可望對腦神經疾病的研究將有所助益。

國科會「腦科技創新研發及應用計劃」支持下，朱士維與清大工程與系統科學系教授吳順吉、臺大藥理學科暨研究所副教授潘明楷，組成跨領域團隊，開發出超高速4D顯微鏡。此研發不僅對腦科學研究是一大進展，11月也發表在國際頂尖期刊《先進科學》（Advanced Science）。

朱士維說，目前腦神經研究的困難之處在於需要看見活體的神經運作，而爲了看到腦神經之間聊天、溝通的過程，需要拍攝範圍夠大且快、高解析度的影像。而使用傳統顯微鏡拍攝，可以透過縮短曝光時間，加快拍攝速度，但會使成像不清晰，團隊開發的「超高速4D顯微鏡」，以AI解決此一問題。

研究團隊指出，自主研發的4D顯微鏡，掃描速度比傳統顯微鏡快上千倍，能即時捕捉快速變化的神經活動，搭配AI的強大運算能力，將影像對比度提升10倍，成功克服傳統顯微鏡在速度、解析度和成像範圍上的限制。

研究團隊發現，在活體鼠小腦中控制動作的神經元分佈就像GPU，平行排列進行運算，相鄰的神經網路就算接收到的信號相仿，傳遞到細胞本體層竟會變出不同的結果，顯示這些神經單元是既獨立運作，又能集體合作產生運動的模式。

朱士維說，傳統上的AI影像增強，是用大量真實影像給AI學習，例如說給予1000張小鼠的腦部影像，但每隻小鼠的腦部不同，所以AI可能出錯，而團隊的技術是用很密集的不清晰影像，由AI找出影像間的共通之處，並剔除影像雜訊，來完成影像解析度強化。

「超高速4D顯微鏡」也將對了解腦疾病原因有所幫助。潘明楷說，目前對於許多腦神經疾病，如癲癇、失智症等的確切病因仍不瞭解，而「超高速4D顯微鏡」可讓腦神經影像「有圖有真相」，將對相關病症的病因釐清、預防和治療有所幫助。

國科會副主委陳炳宇表示，腦科學和AI很有關聯，因爲AI的硬體、GPU的運算或是AI模型都在模擬大腦如何運作，也期待透過AI技術的突破，對於腦神經系統運作可以有更深入的觀察與理解。

臺大物理系教授朱士維帶領跨領域團隊研發「超高速4D顯微鏡」，將對腦神經疾病的研究有所助益。記者張博瑞／攝影