大腦不沉默！台大跨校研發超高速4D顯微鏡 成功捕捉神經元溝通

台大物理系教授朱士維。（記者楊媛婷攝）

〔記者楊媛婷／台北報導〕在國科會「腦科技創新研發與應用計畫」支持下，台大物理系教授朱士維、清大工科系教授吳順吉、台大藥理研究所副教授潘明楷組跨域團隊，成功開發全球首創超高速4D顯微鏡，並結合AI技術，成功捕捉腦神經元訊號溝通過程，相關技術除可應用於AI發展，也可望為腦部疾病研究另闢路徑。

大腦一如宇宙般神秘，科學界迄今尚無法破解人類腦部如何運作，朱士維、吳順吉、潘明楷團隊研發4D顯微鏡，掃描速度比傳統顯微鏡快上千倍，更不同於過去顯微鏡等設備無法清晰捕捉腦神經活動溝通過程，該4D顯微鏡搭配AI算力，讓影像對比度提升10倍以上，讓原本模糊不清的神經訊號清晰可見，突破過往傳統顯微鏡在速度、解析度和成像範圍的限制。

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朱士維表示，團隊使用該4D顯微鏡觀察活體小鼠，也因4D導入時間維度，發現控制動作的神經元分布就像是GPU，會平行排列運算，相鄰的神經網路即使接受到類似的信號，但傳遞到細胞本體又會有不同的結果，代表這些神經元可獨立運作又能集體合作產生運動模式。

朱士維指出，人腦的意識是許多神經元彼此傳遞訊息產生，但過去高解析度的電子顯微鏡只能觀察死物，4D顯微鏡可觀察正在運行的腦神經元，另因AI計算許多都倚賴GPU，未來希望該技術可應用於AI發展，另因人腦的運算耗能極低，期待未來也可將相關耗能模式應用於高耗能的AI算力，節省能源，或者是在同樣的能源消耗上可更加大算力。

潘明楷補充說明，人腦的耗能約12瓦，AI系統如ChatGPT運作就要耗掉超過兩百萬瓦，消耗能源差距百萬倍，另也因捕捉到腦神經元彼此溝通傳遞的影像過程，未來盼可進一步破譯腦神經元彼此間的溝通內容、訊號傳遞方式，希望可對許多未知成因的腦類疾病如癲癇、顫抖症、失智症等做更進一步的病因探討，並找出有效的治療手段。

相關研究於2024年11月發表在國際頂尖期刊「先進科學」（Advanced Science）。

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