VR又有了新用处：科学家用它观察大脑细胞

1959年，物理学家费曼（Richard Feynman）在加州理工学院（Caltech）发表演讲，当时他曾呼吁听众制造更强大的显微镜，这样就能进一步探索“小得惊人的世界”。费曼还说，如果能够看一看，回答基本生物问题将会容易很多。

几年之后，科幻电影《神奇旅程》（Fantastic Voyage）上映，在电影中潜艇船员缩小，穿越人体修复大脑损伤。1966年的电影预告片宣称，“本片将会带你探索未知世界”，“将把观众送到没有人到过、没有相机看过的地方”。

现在科学家成功将中世纪物理学家、电影制片人的幻想与VR体验融合。不久前，科学家在《自然医学》发表论文，介绍一款新软件，有了软件科学家只需要戴上VR头盔，就能探索细胞及其它生物结构。

我们这里所说的细胞不是电脑生成的，而是活生生的，它是超高清显微镜捕捉的图像。显微镜提供的数据是2D数据，软件将2D数据变成3D沉浸式体验。研究人员亲自观察生物结构之后，就能更好理解细胞内部是如何“工作”的，这样一来寻找治疗方法就会更简单一些。

剑桥大学生物化学家Steven Lee说：“我们正在尝试用有趣的方法看一看内部。”剑桥研究人员与3D图像分析公司Lume VR合作，开发VR软件。

布里斯托大学Polymaths Lab主管Hermes Bloomfield-Gadêlha说：“识别自然界的模式是科学的基石。这是一个了不起的突破，有了VR，我们可以观察自然界的模式，与神秘而奇怪的分子宇宙世界亲近。”

Steven Lee引导大家观察大脑细胞——也就是神经元。首先从鸟瞰神经元开始。我们看到轴突，它是细长的管状突起，能够以电脉冲的形式将信息从一个脑细胞传到另一个脑细胞。当我们靠近时Lee说：“神经元就是用你看到的细管交流的。思想、创意、感受都从管道中流过。”

当我们凑近轴突，发现管状结构是由圆环状血影蛋白（Spectrin）组成的。Lee说：“它们之间的空隙约为100纳米，非常小。”

有趣的是血影蛋白环之外的分子。Lee问：“它们是穿过轴突，还是与轴突外壁连接在一起呢？”有了VR，你可以轻松回答这个问题。

软件名叫vLUME，观察时科学家可以调整视角。我们还观察了四段轴突，它们飘浮在虚拟盒子内，我们可以将它们放大，并排显示，好好比较。Lee说：“我们还可以做一些量化测试，看看它们有何区别。”通过比较健康区域与病变区域，研究人员找到治疗方法会更加容易。

随后我们将画面拉远，观看整个图像：有轴突，有四个盒子，有分析，有手写笔记。真是漂亮极了。有了这些，科学家既可以研究细胞结构，也可以向外界讲解。

如果没有超高清显微镜，我们不可能看到如此清晰的画面。2014年，超分辨率显微镜技术曾拿到诺贝尔化学奖。这种光学显微镜技术绕开了衍射极限，所谓衍射极限就是一种物理极限，它将光学分辨率限制在大约250纳米，之前人们认为衍射极限无法突破。

有了超分辨率显微镜技术，研究人员可以用5-10纳米的分辨率捕获图像。但是这种图像一般是2D形式的，但我们的生命却是3D的，科学家要从2D图像中推导出3D信息。但事实证明，要在沉浸式环境中与3D数据互动是一件难事。

数以百万计的点代表单个分子的3D位置，这些点组成图像，vLUME用图像进行渲染，变成“点云”，相当于究竟中的数据点集合。通过vLUME，我们可以对点云进行探索、切断。科学家用算法分析复杂数据集，试图从中找到生物架构模式。

如果做学术研究，你可以免费使用vLUME，只要有VR头盔就行。可惜软件目前只能浏览细胞静态图像，未来研究人员希望能对图像进行升级，将它变成实时活细胞移动图像，只是目前技术还存在限制，延迟时间太长（介于10分钟至1小时）。

利用工具，研究人员试图为复杂问题寻找答案，比如：免疫细胞是如何确定体内哪些细胞已经被病原体感染的，患病时蛋白质又是如何错误折叠的。Lee说：“我们用直观方式展示数据，从而帮研究人员排队假设。”

Bloomfield-Gadêlha则说，观看也许只是开始，未来，我们可以将这种VR技术与其它学科结合，比如数学建模、模拟、机器人，这样也许可以通过3D分子信息获得某种预测能力，对分子宇宙有更深的理解。