動態(tài)照明深度學(xué)習(xí)關(guān)聯(lián)成像研究

中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所量子光學(xué)重點實驗室提出一種適用于傅里葉變換關(guān)聯(lián)成像系統(tǒng)的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型，該方法可實現(xiàn)關(guān)聯(lián)成像動態(tài)解碼，樣品只需單次曝光即可獲得高質(zhì)量圖像。相關(guān)論文發(fā)表于Optics Express。利用傅里葉變換關(guān)聯(lián)成像系統(tǒng)的特點，提出了一種動態(tài)解碼神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（Y-Net），只要訓(xùn)練過程和成像過程的散斑場統(tǒng)計特性一致，即可高質(zhì)量重建樣品圖像，且樣品只需單次曝光。由于網(wǎng)絡(luò)具有動態(tài)解碼特性，訓(xùn)練散斑場的空間分布可以完全不同于實驗散斑場，因此可以采用模擬數(shù)據(jù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，從而解決了常規(guī)深度學(xué)習(xí)成像方法中的數(shù)據(jù)來源問題。

微生物單細(xì)胞人工智能鑒定研究

中國科學(xué)院微生物研究所付鈺研究組利用拉曼光鑷結(jié)合人工智能技術(shù)實現(xiàn)了微生物單細(xì)胞水平的快速準(zhǔn)確鑒定。研究論文發(fā)表于Analytical Chemistry。研究組設(shè)計了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機器學(xué)習(xí)算法，建立拉曼組數(shù)據(jù)庫，開展模型驗證和樣品預(yù)測，驗證了人工智能模型對微生物單細(xì)胞檢測的特異性和靈敏性，結(jié)果顯示單細(xì)胞水平鑒定微生物的平均正確率達(dá)到95.64%，整個鑒定過程在5分鐘內(nèi)完成。鑒于人工智能分析的“黑箱性”，通過逐一遮蔽光譜的理念建立了新型的微生物拉曼光譜特征峰提取算法，實現(xiàn)對人工智能如何分析微生物拉曼光譜的可視化呈現(xiàn)，為進一步表征微生物的生化特性奠定了基礎(chǔ)。

“磁力刀”抑制腫瘤生長研究

中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強磁場科學(xué)中心研究員王輝、張欣與合作者利用磁溶劑熱法合成出海膽狀鎳納米粒子（UNNPs），實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)磁場誘導(dǎo)下的腫瘤細(xì)胞凋亡以及腫瘤生長抑制。研究論文發(fā)表于Chemical Engineering Journal。這種由磁性納米粒子組成的“磁力刀”不是傳統(tǒng)意義上的“刀”，它是一種磁場帶動下的“機械力”，這種力量形似榨汁機在攪拌水果時產(chǎn)生的渦輪形力量，水果在渦輪力的作用下被攪碎，同理細(xì)胞在磁場機械力的作用下被攪碎直至死亡。UNNPs具有高飽和磁化強度和結(jié)構(gòu)特異性等優(yōu)點，對正常細(xì)胞以及生物體無明顯毒副作用。在低頻旋轉(zhuǎn)磁場下，UNNPs有效抑制了小鼠體內(nèi)乳腺癌的生長。

協(xié)作機器人研究

中國科學(xué)院沈陽自動化研究所協(xié)作機器人研究團隊提出了一種基于有限元子結(jié)構(gòu)法和正交設(shè)計的協(xié)作機器人全域多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計方法。研究論文發(fā)表于Structural and Multidisciplinary Optimization。研究人員采用全域彈性變形和一階固有頻率指標(biāo)評價機器人的整機剛度和動態(tài)性能，進而提出了一種協(xié)作機器人全域多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計方法。該方法以機器人彈性變形、固有頻率以及質(zhì)量等指標(biāo)為優(yōu)化目標(biāo)，解決了協(xié)作機器人結(jié)構(gòu)優(yōu)化中存在的位姿及非結(jié)構(gòu)參數(shù)影響、多目標(biāo)耦合、計算速度與精度平衡等問題，具有建模精度高、計算速度快、對各模塊的復(fù)雜形狀適應(yīng)性好等特點，有效提高協(xié)作機器人的剛度及動態(tài)性能。

仿生微型手術(shù)機器人研究

同濟大學(xué)牽頭建設(shè)的上海自主智能無人系統(tǒng)科學(xué)中心微納無人系統(tǒng)研究團隊研發(fā)出仿生微型手術(shù)機器人，為超微創(chuàng)血栓清除提供新型醫(yī)療手段。研究論文發(fā)表于Advanced Materials。研究團隊研發(fā)了一類具有集群行為、模仿趨磁菌內(nèi)部磁小體有序結(jié)構(gòu)的微型機器人，其材料成分、接觸界面和控制方式都具有良好的生物相容性。通過實驗方式和數(shù)值模擬解析了機器人內(nèi)部驅(qū)動結(jié)構(gòu)、磁場強度及頻率對其運動能力的影響，結(jié)果顯示，其最高運動速度可達(dá)161.7微米每秒。在接收到磁場群體性控制命令后，負(fù)載溶栓劑的微型機器人可聚集在血栓部位，在高頻磁場控制下釋放溶栓藥物，進行微血管溶栓。

近紅外二區(qū)熒光成像臨床轉(zhuǎn)化研究

中國科學(xué)院自動化研究所分子影像院重點實驗室研究員田捷等成功研發(fā)出了新型近紅外二區(qū)熒光成像系統(tǒng)及手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)，進一步利用熒光探針吲哚菁綠（ICG），開展了近紅外二區(qū)熒光成像在人體肝癌成像上的應(yīng)用，解決了近紅外二區(qū)熒光成像臨床轉(zhuǎn)化的問題。研究論文發(fā)表于Nature Biomedical Engineering。新興的光學(xué)分子影像技術(shù)為圖像引導(dǎo)手術(shù)治療提供了新方法和新思路?？茖W(xué)家們一直在探索如何將熒光成像技術(shù)用于解決臨床問題，但一直面臨諸多挑戰(zhàn)。這項研究發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可以術(shù)中發(fā)現(xiàn)其他影像模態(tài)難以發(fā)現(xiàn)的肝癌微小病灶和轉(zhuǎn)移灶，顯著提高手術(shù)切除的準(zhǔn)確性。

痛覺信息處理的神經(jīng)環(huán)路機制研究

中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）、上海腦科學(xué)與類腦研究中心、神經(jīng)科學(xué)國家重點實驗室研究員孫衍剛研究組發(fā)現(xiàn)臂旁核將脊髓上行的痛覺信息直接傳遞到丘腦板內(nèi)核而非杏仁核。研究論文發(fā)表于Neuron。該研究發(fā)現(xiàn)接收脊髓輸入的臂旁核細(xì)胞與丘腦板內(nèi)核而非杏仁核中的神經(jīng)元形成直接的興奮性突觸連接。這些研究結(jié)果表明，同側(cè)脊髓-臂旁核環(huán)路將來自脊髓的痛覺相關(guān)信息直接傳遞到丘腦板內(nèi)核而非杏仁核。該研究揭示了脊髓內(nèi)的痛覺相關(guān)信息上行傳遞的細(xì)胞和環(huán)路機制，為進一步研究痛覺信息處理環(huán)路的可塑性和調(diào)控機制奠定了基礎(chǔ)。

人類利用立體嗅覺進行導(dǎo)航

中國科學(xué)院心理研究所周雯研究組和張弢研究組合作，采用視覺光流刺激和純嗅覺氣味（不激活三叉神經(jīng)）進行實驗，共216名受試者先后參與實驗。研究結(jié)果發(fā)表于PNAS（美國科學(xué)院院刊）。研究論文證實，適度的鼻間氣味濃度差可有效偏移個體的自身運動方向知覺，使其認(rèn)為自己在向氣味濃度更高的那側(cè)行進。這一效應(yīng)依賴于鼻間氣味濃度的比值，而非鼻兩側(cè)氣味濃度的數(shù)值差異，且發(fā)生在主觀意識層面之下，受試者并不能報告哪一側(cè)鼻腔聞到的氣味更濃。研究表明，人類擁有“立體嗅覺”，它在意識層面下指引我們的導(dǎo)航，這為人類嗅覺虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的設(shè)計和發(fā)展提供了思路。