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www.eettaiwan.com | 2025年1-2月46 INNOVATIONS創新天地腦科學已成為本世紀的重要課題，世界各國紛紛投入相關研究。在國科會(NSTC)的長期支持下成立了腦科學先進光學影像平台，結合來自台大物理系教授朱士維、清大工程與系統科學系教授吳順吉、台大藥理學研究所副教授潘明楷等多領域專家，組成跨物理、光學、AI、神經運算與生物醫學的研究團隊，共同探索大腦與神經系統的運作機制、加速推動腦科學研究，並促進AI運算架構的創新與節能發展。為了更深入地掌握腦神經網路的運作，台大物理系團隊研發了一款4D顯微鏡，其掃描速度比傳統顯微鏡快上千倍，可即時捕捉快速變化的神經活動。結合清大團隊開發的強大AI運算技術，使得該系統大幅提升了十倍的神經影像對比度，讓原本模糊不清的神經訊號變得清晰可見，因而得以更深層地觀察活體動態，突破了傳統顯微鏡在速度、解析度和成像範圍的限制。該4D高速系統可在3D空間中觀察神經訊號的動態行為(時間變化，即4D)，完整呈現從樹突層到細胞本體的變化。在活體鼠腦實驗中，研究團隊觀察到小腦中控制動作的神經元分佈如同GPU執行平行運算，即使相鄰神經網路接收到類似訊號，最終傳遞到細胞本體的結果也截然不同，展現了神經單元既獨立運作又能協同合作的特性。朱士維指出，這項技術的核心在於使用了接近紅外光的波長和雙光子成像技術。透過接近1,000奈米超高速4D顯微鏡結合AI深層「透視」腦神經奧秘Susan Hong，EE Times Taiwan人腦是意識與創造力的核心，但其運作機制長久以來仍是未解之謎。隨著人工智慧(AI)嶇起，特別是類神經網路的飛速發展，是否可能揭開這一神秘面紗？由台灣大學與清華大學組成的跨領域研究團隊，日前成功開發出號稱全球首創的超高速4D顯微鏡，透過AI技術可將腦部影像清晰度提高近十倍，為AI與腦科學研究帶來突破性的進展。(nm)波長的紅外光，使其得以穿透深層腦組織至毫米波(millimeter wave)等級，而雙光子技術則可聚焦於單點發光，實現深層腦部結構的高解度觀測。此外，該技術能以每秒千張的速度捕捉影像，不僅可追蹤神經元的動態行為，還為小腦與神經網路研究開啟了全新視角，並有助於改善AI架構的節能與運算能力。針對這一研究的未來節能潛力，潘明楷補充說，人腦耗能約12W，小腦更低至僅8W，遠遠低於筆記型電腦功耗約250W，或單張GPU板卡超過400W的功耗。相形之下，目前ChatGPT等大型AI系統的運算功耗高達2MW，透過模擬小腦的運算特性，未來可望為AI等運算系統帶來高達百萬瓦等級的節能效益。這一研究成果已於2024年11月發表在國際頂尖期刊「先進科學」(Advanced Science)。超高速4D顯微鏡結合AI，可深層觀察腦神經運作影像。 (來源：NSTC)