2 超宽视场 兼顾厘米级视场和百纳米分辨率，既“看得宽”又“分得清”
在生活中，一平方厘米对于我们而言，很小，只有指甲盖般大小 。但在脑科学领域，一平方厘米却很大，大到可以覆盖小鼠全脑皮层，拥有成百上千亿个神经元 。
借助RUSH，研究人员可以看到小鼠全脑皮层范围的单个神经元，从而揭示其神经网络的活动规律 。也就是说，该仪器既可看“点”、又可观“面”，既可观测细节、又可观测系统，这奠定了RUSH视场最大介观光学显微仪器的国际地位 。
脑是人类认识自然的“最后疆域”，揭示神经环路的活动规律是了解脑结构和高级功能的必由之路 。然而，大脑有成百上千亿个神经元，每个神经元又包含千余个信息收发分支，由于观测仪器的制约，无法获得观测对象的活体全脑高分辨率动态成像数据，数十年始终制约着相关研究取得重大突破 。
传统的微观电镜成像，可以观测到神经细胞的精细结构，但无法实现活体观测；宏观功能核磁可以观测动态脑区级功能活动，但因为分辨率不够高，看不到神经细胞 。因此，戴琼海团队一开始便瞄准了“介观尺度高通量显微仪器”这一研究方向，目标是实现超宽视场、超高分辨率、超快成像速度，要看得宽、分得清、拍得快、存得下 。基于实验动物小鼠大脑直径1厘米、神经元结构微米级、神经活动毫秒级的特性，研发团队将视场和分辨率目标分别设为厘米级、亚微米级 。
要攻克的首要难题是解决视场与分辨率之间相互制约的固有矛盾 。
“以传统显微镜为例，当我们想要看得清的时候，观测范围势必很小；当我们想要大视野范围时，又要牺牲掉分辨率 。”范静涛告诉采访人员，导致这种矛盾出现的原因是，现有成像仪器是在“物面和像面均为平面”的前提下进行设计的 。实际上，平面物体的理想光学成像是曲面的，且视场越大，像面弯曲程度越高 。为了配合平面成像传感器，校正像面弯曲会使得周边变“虚” 。
团队另辟蹊径自行设计了适应像面弯曲的宽视场物镜系统，提高了光学信息的获取能力 。这一独创设计正是RUSH仪器能兼顾“看得宽”与“分得清”的关键 。另一方面，通过像感器矩阵实现并行的数据采集、传输、存储与重建，再融合计算照明，使得视场、分辨率、帧率、数据通量综合指标均处于国际领先地位 。
“曲面像感器阵列”是一个由多个像感器组成的矩阵，每个像感器对应视场中的不同区块，拍摄曲面中间像中近似平面的一小部分，最终拼接成一个整体显示出来 。因其形似，而被团队成员亲切地称为“红烧肉” 。
“一代仪器是由35个像感器组成的阵列，二代仪器升级为28个像感器阵列 。”范静涛介绍 。
2017年诞生的第一代RUSH，视场大小为1厘米×1.2厘米、分辨率为800纳米，每帧图像达到1.69亿像素，也就是说一帧图像可以铺满24个4k电视 。目前，第二代RUSH已实现了1平方厘米的视场、近400纳米的分辨率，拍下的每帧图像有3.36亿像素 。
3 超高数据通量 相当于一秒钟可下载7部3G大小的电影
RUSH不仅看得宽、分得清，而且还拍得快，是国际上数据通量最高的介观光学显微仪器 。“第二代RUSH的数据通量超过了100亿像素/秒，是世界上排名第二的双光子随机扫描显微镜的980多倍 。”范静涛告诉采访人员 。100亿像素/秒大概是什么概念？“相当于一秒钟可以下载7部3G大小的高清电影 。”
如此惊人的数据通量如何“存得下”？该仪器还有一套专门的数据计算和存储设备集群，单独占用了一个房间 。该集群分两侧排列，一侧是计算单元，通过实时计算确定需要保留的数据，并将其储存至另一侧的存储单元，供研究人员随时察看研究 。采访人员了解到，该集群目前可存储11000TB图像信息 。

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