The Scientist：生命科学30年的进步

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所以，科学家一直在寻找优化的方法。随着传感器和显微技术的发展，功能钙成像技术越来越受到欢迎，其原理是通过荧光染料信号的改变反映细胞内游离钙离子浓度，以此代表细胞的功能状态。

1977年，科学家首次将磁共振成像(MRI)运用于人身上，可以无创性的获取大脑结构图。磁共振成像利用外磁场和物体的相互作用实现成像，对大脑无反射性危害。但是直至功能性磁共振成像（fMRI）的出现，才真正推进了MRI在神经影像学领域的广泛应用。fMRI利用磁振造影来测量神经元活动所引发之血液动力的改变。

除了成像，操控大脑也是科学家们试图解析大脑工作机理的另一途径。2005年，利用光线操控神经元的技术出现，由此打开了光遗传学的应用前景。MIT的Edward Boyden和斯坦福大学的Karl Deisseroth及其同事将响应光离子的通道植入哺乳动物神经细胞。利用光遗传学技术，科学家们可以改变或者换刺激小鼠大脑内的特定神经元，从而关闭癫痫发作、抑制激进行为。2007年，除了光学，科学家们试图利用化学物质实现控制的目的，他们利用G蛋白偶联受体的存在，通过注入合成的特异配体刺激或者沉默神经元。

需要清醒的是，即便科学家们现在已经找到同时记录神经元活动以及操控啮齿动物大脑细胞的技术，但是人类大脑依然是一个谜。

1924: Andrii Cherninskyi/Wikimedia Commons; 1976: N. Fertig/Wikimedia Commons; 1980’s: Radiology, Uppsala University Hospital; 2001: Akerboom, Rivera, Guilbe, Malavé, Hernandez, Tian, Hires, Marvin, Looger, Schreiter ER/Wikimedia Commons; 2005: MIT MCGOVERN INSTITUTE, JULIE PRYOR, CHARLES JENNINGS, SPUTNIK ANIMATION, ED BOYDEN; 2007: Jeff W. Lichtman and Joshua R. Sanes/Wikimedia Commons; 2015: Ed Boyden, Fei Chen, Paul Tillberg/MIT

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显微镜

显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，是人类进入原子时代的标志。从共焦荧光显微镜到超分辨率、实时三维成像，该领域也经历着日新月异的变革。

第一台显微镜诞生于17世纪荷兰，其透镜分辨率达到1微米，由A•V•Leeuwenhoek（列文虎克）打造。1873年，物理学家Ernst Karl Abbe提出显微镜的分辨率受限于光的衍射，且传统的光学显微镜分辨率有一个物理极限，即所用光波波长的一半（0.2微米）。同时，他与Carl Zeiss、Otto Schott合作研发出分辨率达到0.2微米的显微镜。

然而，随后的发展却打破了这一预言。2000年，Stefan Hell试图突破分辨极限，成功发明出受激发射损耗荧光成像技术（STED），能够高分辨率扫描整个样品。2004年，Eric Betzig基于光激活原理（William Moerner发现），研发出光激活定位显微镜（PALM）。

分辨率的问题得到解决之后，科学家开始思考另一个问题：如何避免对样本的损害。Betzig为此对STED进行了改造，降低光水平。此外，结构光学显微镜（SIM）通过较为“温和”的光激活实现成像。2004年，欧洲生物学实验室（EMBL）的物理学家Ernst Stelzer团队研发出选择性平面照明显微镜（SPIM），它能够在亚细胞水平对活体样本实现多角度观察。得益于这些技术的更新，生物学家们能够看到和探索不一样的细微世界。

2014年， Betzig、Moerner和Hell 3位科学家共同获得诺贝尔化学奖，以表彰他们在超分辨率荧光显微镜领域做出的贡献。

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1673: Wellcome Images; 1886: DrBob/Wikimedia Commons; 1987: Ernst Stelzer; 2000: Ernst Stelzer; 2004: Philippe Girard; 2006: ZEISS Microscopy; 2014: Betzig Lab, HHMI