今(24)日，國立臺灣大學物理學系教授朱士維、國立清華大學工程與系統科學系教授吳順吉與國立臺灣大學藥理學科暨研究所副教授潘明楷，組成跨領域團隊宣布，透過深度學習(Deep Learning)與影像壓縮(Spatial Redundancy)，成功開發出超高速4D顯微鏡，可將腦部影像的清晰度提升近10倍。相關研究已在今年11月，發表在《Advanced Science》上。
 
雙光子高速螢光鈣離子成像技術是神經科學研究中，是捕捉神經活動時間跟空間細微變化的重要技術，但其仍有捕捉速度和影像品質的限制。
 
為了解決訊號光子通量限制而導致的訊噪比(SNR)，臺大物理學系朱士維教授聯合清大工程與系統科學系、臺大藥理學科暨研究所教授團隊，在國科會「腦科技創新研發及應用計畫」支持下，將可調變的聲學梯度折射率透鏡(TAG)的高速顯微鏡與TAG-SPARK去雜訊演算法整合，自主研發出4D顯微鏡。
 
朱士維表示，其開發的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，搭配人工智慧的強大運算能力，影像對比度提升十倍，讓原本模糊不清的神經訊號變得清晰可見，成功克服傳統顯微鏡在速度、解析度和成像範圍上的限制。
 
此外，在活體鼠小腦中，團隊透過4D顯微鏡也觀察，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訊號相仿，傳遞到細胞本體層也會有不同的結果，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。
 
研究論文：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202405293