重大原始創(chuàng)新成果往往萌發(fā)于深厚的基礎(chǔ)研究，產(chǎn)生于學(xué)科交叉領(lǐng)域，大學(xué)在這兩方面具有天然優(yōu)勢。要保持對基礎(chǔ)研究的持續(xù)投入，鼓勵(lì)自由探索，敢于質(zhì)疑現(xiàn)有理論，勇于開拓新的方向。

——習(xí)近平

戴瓊海院士近來瘦了不少。

記者在清華大學(xué)成像與智能技術(shù)實(shí)驗(yàn)室見到他時(shí)，是早上9點(diǎn)多，他已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室工作了兩個(gè)多小時(shí)。

博士生們不知道這位中國工程院院士、清華大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院院長每天幾點(diǎn)睡覺。“晚上10點(diǎn)、12點(diǎn)，凌晨2點(diǎn)、4點(diǎn)都收到過戴老師的微信，有了奇思妙想馬上問我們：‘有空嗎？’”

實(shí)驗(yàn)室里的年輕人也都很拼，“每周工作80個(gè)小時(shí)”“春節(jié)不回家”“不舍得放假”的比比皆是。

2021年4月19日，習(xí)近平總書記考察清華大學(xué)時(shí)，曾來到這里。“要保持對基礎(chǔ)研究的持續(xù)投入，鼓勵(lì)自由探索，敢于質(zhì)疑現(xiàn)有理論，勇于開拓新的方向。”總書記的囑托，是實(shí)驗(yàn)室全體科研人員最大的奮進(jìn)動(dòng)力。

“我是自愿加班的”

寒假期間，位于清華大學(xué)主樓的成像與智能技術(shù)實(shí)驗(yàn)室走廊里，不時(shí)飄散著咖啡香。

咖啡室里貼了三張字條，兩張貼在冰箱上，寫著“零食有，無寒假”“寒假來了嗎？CNS永不眠”。這個(gè)“CNS”，指的是世界著名科學(xué)雜志《細(xì)胞》《自然》和《科學(xué)》。

另一張字條貼在幾十條經(jīng)典的物理公式底下，上寫四字：“歡迎指正”。

墻上貼的并非玩笑話。戴瓊海告訴記者，“歡迎指正”這個(gè)字條是他專門讓人貼上去的，提醒實(shí)驗(yàn)室所有人，要有顛覆經(jīng)典物理公式的心理準(zhǔn)備。

基礎(chǔ)研究和原始創(chuàng)新，始終是這個(gè)團(tuán)隊(duì)前行的基石。

戴瓊海想得很清楚，過去100余年，有20多項(xiàng)獲諾貝爾獎(jiǎng)的研究與腦科學(xué)有關(guān)，而在醫(yī)學(xué)影像界，光核磁共振技術(shù)就催生了多位諾貝爾獎(jiǎng)得主。在這些領(lǐng)域，有太多“顛覆性研究”值得投入。

“所謂‘顛覆性研究’有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：是否改變了科學(xué)研究的路徑，是否改變了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向，是否可以寫進(jìn)教科書。”戴瓊海掰著指頭說。他要求實(shí)驗(yàn)室的青年教師和學(xué)生們，必須去想“圖諾問題”——圖靈獎(jiǎng)和諾貝爾獎(jiǎng)級別的問題。

博士生李欣陽直言，這些問題是全世界科研人員共同面臨的挑戰(zhàn)，“一些人繞過問題，我想去解決問題。”

清華大學(xué)主樓的724、725房間是實(shí)驗(yàn)室“根據(jù)地”。兩個(gè)房間號衍生出兩個(gè)勵(lì)志的解讀：“724”，就是抓緊每周7天、每天24小時(shí)連軸轉(zhuǎn)；“725”則要在此基礎(chǔ)上，把24小時(shí)當(dāng)成25小時(shí)來過。

“我是自愿加班的。”出生于1994年的博士生喬暢神色平和。在實(shí)驗(yàn)室，喬暢已經(jīng)待了六七年。這里從無強(qiáng)制性時(shí)間規(guī)定，但這些年來，喬暢平均每周待在實(shí)驗(yàn)室超過80小時(shí)——早上9點(diǎn)到、晚上10點(diǎn)半左右走，幾乎雷打不動(dòng)。

會(huì)議室墻上，掛著習(xí)近平總書記說過的一句話：“新時(shí)代屬于每一個(gè)人，每一個(gè)人都是新時(shí)代的見證者、開創(chuàng)者、建設(shè)者。”

“致廣大而盡精微”

穿過風(fēng)淋室吹掉灰塵，才能進(jìn)入一間潔凈的實(shí)驗(yàn)室。里面擺放著大大小小的黑色儀器，有的一人多高，滿是鏡頭和密密麻麻的線路、降溫散熱的管線；有的只有半米高，鏡片折射出彩色的光芒。一間玻璃房與實(shí)驗(yàn)室相連，計(jì)算機(jī)計(jì)算存儲(chǔ)設(shè)備集群嗡嗡輕響……

不經(jīng)人指點(diǎn)，記者很難想到，眼前這臺其貌不揚(yáng)的設(shè)備居然是實(shí)驗(yàn)室自主研制、世界領(lǐng)先的顯微儀器“RUSH”——高分辨光場智能成像顯微儀器。

“致廣大而盡精微”，戴瓊海覺得，習(xí)近平總書記在二○二二年新年賀詞中引用的這句古語，也可以用來形容實(shí)驗(yàn)室的研究。

拿“RUSH”來說，其他國家研制的儀器每秒拍到千萬像素，“RUSH”可達(dá)百億像素，是國際上首個(gè)能實(shí)現(xiàn)小鼠全腦皮層范圍神經(jīng)活動(dòng)高分辨率成像的儀器。

年輕的副研究員范靜濤介紹，通過“RUSH”，研究者可以在1平方厘米的范圍內(nèi)觀察活體小鼠的大腦，研究大腦功能信號和腦血管舒張是否存在關(guān)系；可以觀察小鼠腦部免疫細(xì)胞遷移過程，幫助醫(yī)生研究人體的免疫病理反應(yīng)；可以分析癲癇病人病變區(qū)域產(chǎn)生的癲癇波，揭示病理發(fā)生機(jī)制。

“掌握了工具就等于掌握了武器，工具的突破可能帶來一系列連鎖反應(yīng)。”戴瓊海說。目前，在“RUSH”助力下，生命科學(xué)領(lǐng)域的探索者正陸續(xù)取得諸多重要科研成果。

2021年5月25日，在習(xí)近平總書記考察清華大學(xué)一個(gè)多月后，《細(xì)胞》雜志發(fā)表了清華大學(xué)成像與智能技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的最新研究成果，介紹了另一款自主研制的新儀器“DAOSLIMIT”——掃描光場顯微鏡。

這套超級顯微鏡實(shí)現(xiàn)了活體三維、長時(shí)間、高分辨率的顯微觀測，為未來更多生物的發(fā)現(xiàn)提供了可能。腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移過程，也在鏡頭下無處可藏，這為腫瘤早期診斷和治療開辟了新路徑，更為揭示神經(jīng)、腫瘤、免疫新現(xiàn)象和新機(jī)理等生命科學(xué)重大問題突破提供了變革性工具。

《自然·方法》雜志這樣評價(jià)“DAOSLIMIT”：“打破了活體成像的一系列壁壘。”

“先做‘青蛙’，再做‘飛鳥’”

在這個(gè)以研發(fā)儀器為主業(yè)的實(shí)驗(yàn)室，研究者大都持有生物實(shí)驗(yàn)資格證，為小鼠動(dòng)手術(shù)是大伙的“基本功”，還有人用魚缸認(rèn)真培養(yǎng)水母。

在實(shí)驗(yàn)室考察時(shí)，習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，重大原始創(chuàng)新成果往往萌發(fā)于深厚的基礎(chǔ)研究，產(chǎn)生于學(xué)科交叉領(lǐng)域，大學(xué)在這兩方面具有天然優(yōu)勢。

實(shí)驗(yàn)室的科研人員越來越體會(huì)到交叉學(xué)科的優(yōu)勢。

此前，“RUSH”研發(fā)出來后，斯坦福大學(xué)的研究者4次登門討論合作事宜，讓他們驚訝的是，這個(gè)項(xiàng)目在清華竟然調(diào)動(dòng)了自動(dòng)化系、電子工程系、精密儀器系、醫(yī)學(xué)院、藥學(xué)院、生命科學(xué)學(xué)院的力量共同參與。實(shí)驗(yàn)室的合作范圍遠(yuǎn)不止清華校內(nèi)，喬暢說，自己做過的多項(xiàng)研究，都是與中國科學(xué)院、浙江大學(xué)等不同高校和機(jī)構(gòu)的研究者攜手完成的。

學(xué)科交叉并不是讓科研人員成為“萬金油”。戴瓊海喜歡用數(shù)學(xué)家弗里曼·戴森的“飛鳥與青蛙”的比喻教導(dǎo)博士生，“先做‘青蛙’，再做‘飛鳥’”——在前三年安心扎透一個(gè)問題，像青蛙一樣專注；后幾年專心培養(yǎng)找到前沿問題的能力，像飛鳥一樣視野開闊。戴瓊海希望，這樣培養(yǎng)出來的科研人員“胸懷寬、境界高、眼光遠(yuǎn)”“以國際前沿和國家重大需求為重”。

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)室里，科研人員不僅在為中國科技創(chuàng)新而拼搏，也在為全人類科學(xué)事業(yè)探路。很多年輕一代的成果，獲得了國際學(xué)術(shù)界的關(guān)注和肯定。

2021年8月，以李欣陽為第一作者的論文，在國際上首次提出成功實(shí)現(xiàn)鈣成像去噪的方法，歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室顯微技術(shù)專家阿爾瓦羅·克雷文納評價(jià)其“有望改變游戲規(guī)則”。

同樣是2021年，博士四年級的周天貺作為第一作者的論文，提出并構(gòu)建了光電智能衍射計(jì)算處理器，這一成果得到瑞士洛桑聯(lián)邦理工工學(xué)院院長德米特里·賽提斯教授充分肯定，認(rèn)為“證明了光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠和類似電子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)競爭”。

兩篇論文均發(fā)表在《自然》雜志的子刊上，兩位第一作者都只有二十六七歲。

“我們有一大批頂尖科學(xué)家在頂尖刊物上連續(xù)發(fā)表研究成果，整個(gè)科學(xué)家群體都在快速?zèng)_刺。”戴瓊海說，“我們培養(yǎng)的這批‘90后’、‘00后’，一定會(huì)扛起歷史重任。”

每次在顯微鏡頭前操作，吳嘉敏都有新奇感：“我看到的現(xiàn)象，是整個(gè)人類社會(huì)第一次看到，再累也覺得很愉悅。”這位“90后”教師去年剛?cè)肼毲迦A，他看到的，是腫瘤轉(zhuǎn)移的過程，是淋巴細(xì)胞發(fā)揮作用的過程，是大腦神經(jīng)元運(yùn)動(dòng)的過程……

“我們正在打開一扇門，迫不及待想進(jìn)去看看。”說這話時(shí)，吳嘉敏的雙眸閃著光。