由臺灣大學物理學系朱士維教授領軍，結合清華大學工程與系統科學系吳順吉教授與台大學藥理學科暨研究所潘明楷副教授組成的跨領域團隊，今日在國科會發表了一項突破性的技術，成功研發出超高速 4D顯微鏡，並結合AI人工智慧，大幅提升腦部影像清晰度，得以觀察高速腦神經運作。這項成果刊登於2024年的《Advanced Science》期刊。

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領導此研究的朱士維教授表示，傳統光學顯微鏡在觀察腦神經活動時，面臨速度、解析度和成像範圍的限制。傳統影像掃描速度僅每秒一張，需耗費100 秒才能取得全體積影像，且影像對比度低，難以清晰觀察神經活動。

為克服這些限制，研究團隊開發出超高速4D顯微鏡，掃描速度比傳統顯微鏡快上千倍，達到每秒千張，只需0.1秒即可獲取全體積影像，成功捕捉快速變化的神經活動。

然而，高速影像的對比度仍然不足。為解決此問題，團隊導入AI技術，透過深度學習演算法，在無需基礎實據(ground truth)的情況下，以單雙張影像互相比對的方式，有效提升影像對比度達10倍，大幅提升影像品質，使觀察腦神經細節更加清晰。

此技術讓研究人員能同時觀察不同層的神經網絡活動，並發現即使樹突信號相似，傳遞到軸突時仍會出現正負差異，顯示這些神經單元既獨立運作，又能集體合作產生運動模式，如同GPU平行排列進行運算。

朱士維教授指出，這項技術的突破，不僅能幫助科學家更深入了解腦部運作機制，揭開腦疾病的成因，更有助於未來發展更先進、節能的AI運算系統。