中新網(wǎng)上海4月13日電(記者 陳靜)不用最昂貴的鏡頭，也能拍出高清照片。近年來，眾多手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)廠商不斷探索如何在控制成本的情況下，使用AI模型進(jìn)一步提升像素級(jí)。
記者13日獲悉，這一次，同樣的技術(shù)理念被復(fù)旦大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授顏波帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)遷移到了生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室里的常用研究工具“熒光顯微鏡”上。他們發(fā)明的跨任務(wù)、多維度圖像增強(qiáng)基礎(chǔ)AI模型(UniFMIR)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)有熒光顯微成像極限的突破。
最新一期科學(xué)期刊《自然-方法》(Nature Methods)刊登了中國(guó)學(xué)者的研究成果。UniFMIR的成功研發(fā)標(biāo)志著中國(guó)在關(guān)鍵科學(xué)儀器領(lǐng)域“國(guó)產(chǎn)設(shè)備+基礎(chǔ)模型”的組合能有效減少對(duì)進(jìn)口設(shè)備的依賴，也為全球科研領(lǐng)域的進(jìn)步貢獻(xiàn)了中國(guó)智慧和力量。
熒光顯微鏡利用部分物質(zhì)受紫外線照射后可發(fā)熒光的特性，通過染色讓本不具有該特性的物質(zhì)發(fā)出熒光，可以觀察細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的吸收、運(yùn)輸、化學(xué)物質(zhì)的分布及定位等。在分辨率方面，它遠(yuǎn)超普通光學(xué)顯微鏡0.2微米極限，到達(dá)觀測(cè)分子的納米尺度，是生命科學(xué)領(lǐng)域不可或缺的研究工具。自2006年面世以來，熒光顯微鏡已幫助全球科學(xué)家研發(fā)出對(duì)帕金森氏癥、阿爾茨海默氏癥和亨廷頓氏癥等神經(jīng)退行性疾病更有針對(duì)性的治療方法。
據(jù)了解，由于顯微鏡光學(xué)硬件和生物樣本光敏感性(在熒光照射下，生物活性降低)帶來的挑戰(zhàn)，過去幾年中，生命科學(xué)和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的科學(xué)家們開始攜手探索用AI的路徑來增強(qiáng)圖像質(zhì)量的辦法。然而，成像模式多樣、降質(zhì)類型復(fù)雜、增強(qiáng)過程迥異等一系列問題，使得這一任務(wù)極具挑戰(zhàn)性，于是，大多數(shù)科學(xué)家選擇“每次解決一個(gè)問題”，聚焦于研制針對(duì)單一需求的“專有”AI模型。
但來自復(fù)旦大學(xué)的這支AI for Science團(tuán)隊(duì)則以“一站式集成”為目標(biāo)，直接構(gòu)建了“統(tǒng)一”的熒光顯微鏡圖像增強(qiáng)AI基礎(chǔ)模型(UniFMIR)，大幅提升在“圖像超分辨率重構(gòu)、各向同性重構(gòu)、3D去噪、圖像投影和過程重建”五大任務(wù)方向上的性能。加載了UniFMIR的熒光顯微鏡將成為生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的“神器”。科學(xué)家們可以更清晰地觀察到活細(xì)胞內(nèi)部的微小結(jié)構(gòu)和復(fù)雜過程，加速全球生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)研究、疾病診斷相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和醫(yī)療創(chuàng)新；同時(shí)，在半導(dǎo)體制造、新材料研發(fā)等領(lǐng)域，該成果可以用來提升觀察和分析材料微觀結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，從而優(yōu)化制造工藝和提高產(chǎn)品質(zhì)量。
研究團(tuán)隊(duì)方面表示，未來，生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們可通過進(jìn)一步擴(kuò)展訓(xùn)練數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量和豐富度來不斷強(qiáng)化UniFMIR的圖像重構(gòu)能力。顏波對(duì)UniFMIR被用于更多類型實(shí)驗(yàn)的可能性充滿信心。(完)