分子医学的核心任务是阐明人类疾病在分子、细胞和整体水平的生理、病理机制，并通过综合集成，将成果转化为临床预测、诊断、干预和治疗的有效手段，增进人类健康。在生物医学领域，成像技术是最重要的技术手段之一。打造用于全景式解析脑连接图谱和功能动态图谱的研究工具，是目前世界范围内脑科学研究的核心研究方向之一。如何打破尺度壁垒，整合微观神经元和神经突触活动与大脑整体的活动和个体行为信息，是领域内亟待解决的一个关键问题。

2014年，在国家自然科学基金委员会的支持下，国家重大科研仪器研制项目“超高时空分辨微型化双光子在体显微成像系统”获批立项（下称：大仪器项目）。研究团队是由北京大学分子医学研究所、信息科学技术学院、动态成像中心、生命科学学院、工学院联合中国人民解放军军事医学科学院，共十几个实验室组成，跨八大学科，共有三四十个学生参与研究，集合了光纤激光、生物实验、光路系统、电路控制等领域的人才进行合作研究。北京大学领导及北大研究生院为跨学科团队的组建提供了大力支持，使得项目招到了许多各领域中的“高手”, 包括在国际机器人大赛中获奖的优秀人才。这些学生都在项目的研发过程中起到了关键作用。分子医学研究所提供了一个约300平米的研究空间组成了“大仪器联合实验室”, 使这些不同专业背景的学生，能够在一个屋檐下共同学习、共同工作，为了一个目标而共同努力。学生们根据科研需要，可以申请跨院系选课，现在回头看，这些“天时”“地利”“人和”，是缺一不可的。

点燃吧，渴望知识的“小火苗”

在项目立项初期，面对技术路径上的一堆堆障碍，项目负责人程和平院士提出，团队需要像建中国高铁一样，勇敢地“走出去”和“请进来”。团队全员放弃周末休息，每周召开1—2次科研讨论组会，先后组织了200多场学习活动，邀请了多名业内国际著名科学家、领域专家为大家传授最新的生物成像前沿动态，让学生们不出国门就可以与行业内的顶级专家面对面科研交流。在这里，学生们看到了无数精妙绝伦、异想天开的技术与设计；看到了扎实可信、让人不禁拍案叫绝的科学研究；看到了天赋异禀、聪明过人的发明家与工程师；看到了充满激情、忠于真理的科学家和大学者，也从杰出的科学家身上看到了自己的不足，懂得了科研唯有脚踏实地才能进步，真理唯有诚实求是方可显明。在学术交流过程中，学生可以随时打断报告发问，直到完全弄懂。现场没有老师和学生的身份差别，只有知识的交流和思想的碰撞。面对跨学科的学术疑惑，有些腼腆害羞的学生也变得勇于发问，敢于质疑。正因为此，学生们不仅了解了行业内前沿的研究领域、扩展了视野，也提供了很多解决问题的思路；正因为此，学生的可以一览名师之风采，汲取各家之所长，信心满满，动力十足；正因为此，学生有机会与这些科学家们近距离交流，得以去到他们的实验室进行交流访学，进而合作发表了高质量论文。学生们也跟随导师多次参加国内外成像相关的科研会议，不仅了解到了行业内的前沿研究动态及成像技术，还培养和拓展了团队的全球竞争意识与视野。这种培养方式，为学生提供了非常难得的学习机会，让学生进步得非常快。虽然在开始时，对于一些新技术、新知识，学生们理解起来有困难，正是因为这些疑惑，使学生们有了不断探索与实践的动力，进而，才有了一步步解开谜题时的欢欣雀跃，才有了解决问题的信心和对科研探索的热爱。

国际著名科学家、领域专家授课

燃烧吧，勇于创新的“小宇宙”

大仪器项目为学生们提供了一个交叉的、开放的、融洽的科研环境，让学生们勇于思考、勇于探索、勇于尝试。在文章发表之前，项目遇到了技术瓶颈期，很多大大小小的问题，有光学系统的、电路控制的、机械加工以及生物实验的，很多都是第一次接触。在导师们的指导下，学生们做到了尽量回溯本源，排除思维定势和权威意见的干扰和阻挠，从最基础的原理出发，进行前人未曾想、不敢做的设计与尝试，从问题定位、查阅先进方法、分析论证、动手尝试、结果分析，到最终突破了限制，获得独一无二设计时的愉悦，让学生们充分体会到了团队协作的重要性。在大仪器项目里，是有统一的战略的，而在战术上，老师给了每一位学生极大的空间，激发每个人的“小宇宙”，学生可以踊跃发表自己的观点、思考、方案和策略。学生可以选微型双光子课题、光片显微镜课题和超分辨课题等。在每一个课题下，老师们都努力地激发每一位同学的内在源动力和潜力，让同学们释放自我，放手去想、去干。在这里有老师和学生们一同讨论课题的欢乐，也有老师们恨铁不成钢时的焦急和批评，老师们的教育让同学们学到的不仅仅是学术和工程上的技能，更多的是自身从内而外的改变和持续奋斗的内心。

破茧成蝶，载誉而归

经过三年多不断的科研实验与探索，团队成员经历了从角色改变到思维改变、从局部计划到整体规划的历练、抓住主要矛盾、管理好优先级别，不断提高交流，提高做事效率，兼听则明、多人参与决策、敢于说不、懂得取舍，不断学习、摸索、锻炼和提高。从起初被国外同行咬定为“不可能实现”的15克原型机，到最后实现的仅为2.2克微型化佩戴式双光子荧光显微镜，在国际上首次记录悬尾、跳台、社交等自然行为条件下，小鼠大脑神经元和神经突触活动的高速高分辨图像。研究成果于2017年7月发表于顶级学术杂志Nature Methods。截至目前，在导师们的指导下，在团队成员的合作下，同学们在Nature Methods，Nature Biotechnology，Nature，Cell Research 等共发表标注基金资助的论文112篇，平均影响因子5.864，其中学生为一作的文章98篇，申请了39个中国专利和1 个国际专利，软件著作权5 项， 并有8项成果实现了专利转化。成果提升了领域的整体水平，入选“2017 年中国科学十大进展”“2017年中国生命科学十大进展”“2017年中国光学十大进展”“2017年中国十大医学科技新闻”，微型化双光子显微镜与微型单光子技术共同入选Nature Methods 2018 年度方法， 即“自由行为动物成像”（Imaging freely behaving animals）。大仪器项目产出了很多成果, 但最重要的成果是项目的团队——这群年轻人。他们在风华正茂的时候参与了这个重要的项目, 从中学到了做科学研究的正确方法，无论是运用起曾经所学时的信手拈来，还是在一个完全陌生领域的艰难摸索，其解决问题的能力都得益这个项目的培养。他们未来发展将不可限量。

2017年中国科学十大进展颁奖现场

从左到右：张云峰、王爱民、宗伟健（联合培养博士生）、吴润龙（博士生）、陈良怡、胡炎辉（硕士生）、李京航（硕士生）、王俊杰

微型化高分辨率双光子显微镜研发团队

从左到右：陈良怡、吴润龙（博士生）、王爱民、胡炎辉（硕士生）、张云峰、程和平、李京航（硕士生）、宗伟健（联合培养博士生）

程和平经常对学生说，希望大家能够多去研究各个领域内的核心问题，做出真正能够沉淀下来的工作。虽然说做研究要基于个人兴趣，但在某些时候，如果能够把个人兴趣和国家需求结合起来，从更高的角度来选择研究方向，将可以得到更好的研究成果。超微型双光子显微镜的成果正是个人兴趣服务于国家需求的完美体现。

这些年来，项目培养的学生已经在国家各重要部门发挥力量，有的进到公司成为技术创新的骨干力量，有的到科研院校继续做科研工作，有的到基层机关发光发热，将科学精神应用到为人民服务之中。

在全国研究生教育会议精神指引下，分子医学研究所将上下一心，充分利用好国家重大项目所提供的资源和平台，为国家培养更多高层次创新人才，为科技攻关贡献力量。

专题链接：北大研究生教育探索与实践