冷却机|超级显微镜探索大脑奥秘走进清华大学成像与智能技术实验室 RUSH|双光子|成像质量|成像系统

超级显微镜探索大脑奥秘
走进清华大学成像与智能技术实验室
当一段音乐响起，大脑中哪些神经元会活跃起来？又是哪些神经环路在起作用？
中风前后，脑血管中免疫细胞流量有何变化？
癫痫的病理发生机制是什么？
……
近日，采访人员走进清华大学成像与智能技术实验室，探访如何通过显微仪器多维度、多尺度探索大脑的奥秘。
据了解，清华大学成像与智能技术实验室戴琼海团队于2018年研制出高分辨光场智能成像显微仪器(英文简称RUSH) 。该仪器在国际上首次实现音乐刺激下清醒小鼠全脑皮层范围神经网络活动的高速成像，使得上述问题在实验动物身上得到更深一步的研究。
仪器是科学研究的“先行官” 。可以说，该仪器的诞生带来一系列连锁反应，极大促进了脑科学的研究与发展，并有助于推动人工智能的发展。
如今，RUSH仍然是国际上视场最大、数据通量最高的介观光学显微仪器，它也因此被称为“超级显微镜” 。
1 超大体积占用三个房间，仪器主体有一人多高
5月13日下午，在位于清华大学主楼7层的成像与智能技术实验室里，采访人员见到了这台创造了数个国际之“最”的显微仪器，“大”是采访人员的第一感受。
不同于那些可以“拿起来就走”的传统显微镜，这台“超级显微镜”包含了3000多个自主设计、国内生产的光学、机械、电子部件，仅主体部分就要单独占用一个房间。
房间内，两个长约2.5米、宽约1.5米的实验台呈90度直角放置，上面分别架设着一个一人多高的黑色金属外壳。“这是为了防止实验过程中可能出现的光线干扰等。”仪器研发团队成员、清华大学自动化系副研究员范静涛告诉采访人员，进行实验时，该房间温度、湿度、洁净度等都有严格的控制标准。
掀开一侧的金属外壳，采访人员看到，一个实验台上架设着显微仪器的物镜系统、光源系统和成像系统，另一个实验台上架设着另外一组照明系统。
物镜系统相当于相机的镜头。RUSH的物镜体积非常大。普通光学显微镜的物镜比一节一号电池略小，而RUSH的物镜体积是普通光学显微镜的900倍。物镜下是一个六足的六自由度位移台，拍摄对象就是固定在这里。
“两组光源系统通过数字计算可进行一系列反射、折射，为拍摄小鼠大脑照明，相当于拍摄时的灯光，确保每一个角落都能被看清。”据范静涛介绍，得益于此，该仪器可以实现空间维度、光谱维度等多维度智能成像。
【冷却机|超级显微镜探索大脑奥秘走进清华大学成像与智能技术实验室】仪器中很多部件都是柔性的，研究人员可以根据实验需求进行自由组合。
在仪器旁边的桌子上，放置着几台电脑。“这一台是仪器的控制系统，比如这个位移台怎么移动、什么时候开始拍、什么时候停止，等等，都通过这台电脑操纵。”范静涛指着其中一台电脑告诉采访人员。说罢，他又指着另一台电脑说：“这一台是显示系统，拍摄的画面可以在这个屏幕上实时显示。”
然而，这个在采访人员眼中已觉十分庞大的主体部分却是该仪器中最小的一块。据介绍，RUSH整体共占了三个房间，除了显微仪器主体外，冷却机、数据计算和存储平台还分别占用了一个房间。
在水冷机房，采访人员看到了4台冷却机。据介绍，仪器工作时会发热，要想持续获得比较好的成像质量，温度控制十分重要。“通常是控制在10摄氏度左右，靠的就是这4台冷却机，它们通过管线与像感器相连接，借助流水带走热量。”范静涛告诉采访人员。
水冷机房隔壁的隔音玻璃房，就是数据计算和存储机房。这是RUSH最大的一部分，占地约50平方米。

冷却机|超级显微镜探索大脑奥秘 走进清华大学成像与智能技术实验室

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