台大跨領域研究首創超高速4D顯微鏡 提升10倍清晰度

國立台灣大學物理學系教授朱士維組成的跨領域團隊,成功開發出一套全球首創的超高速4D顯微鏡,並結合尖端人工智慧(AI)技術,將腦部影像的清晰度提升近十倍。(楊文君攝)
國立台灣大學物理學系教授朱士維組成的跨領域團隊,成功開發出一套全球首創的超高速4D顯微鏡,並結合尖端人工智慧(AI)技術,將腦部影像的清晰度提升近十倍。(楊文君攝)


腦袋裡到底在想什麼?這個問題困擾了科學家數個世紀。國科會今天(24日)指出,國立台灣大學物理學系教授朱士維組成的跨領域團隊,成功開發出一套全球首創的超高速4D顯微鏡,並結合尖端人工智慧(AI)技術,將腦部影像的清晰度提升近10倍。

在國科會「腦科技創新研發及應用計畫」支持下,國立台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台灣大學藥理學科暨研究所副教授潘明楷組成跨領域團隊,成功開發出一套全球首創的超高速4D顯微鏡,並結合尖端人工智慧(AI)技術,將腦部影像的清晰度提升近10倍。這項突破性的研究成果,不僅為腦科學研究開闢了嶄新道路,更為未來AI的發展提供了全新的啟示。

朱士維指出,團隊自主研發的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,搭配人工智慧的強大運算能力,將影像對比度提升10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。他說:『(原音) 那這裡面這個AI就是跟以前不一樣的地方是,傳統的人工智慧技術常常需要收集很多的背景、清楚的影像,來當成它的訓練的對象,我們不需要做這件事情,所以順吉老師幫忙我們發展這樣的技術,我只要取很快、很多張、很密,所以我只要把上下層的單雙張互相拿來比,就可以比出它真正的結構來。』

朱士維指出,在活體鼠小腦中,團隊發現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。此成果於2024年11月發表在國際頂尖期刊「先進科學」(Advanced Science)。

潘明楷表示,此結果一方面提升人類對腦組織運算的功能性理解,有助於探討腦如何運作的科學奧秘,對治療腦部相關疾病將有相當大的助益;另一方面,對於神經系統運作的深入觀察與理解,有助於未來發展更先進及節能的AI運算,雙向共舞,相輔相成。

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