从“异想天开”到突破性成果 陈良怡教授自述背后的挑战与坚持

11月16日，哈尔滨工业大学仪器学院李浩宇副教授团队与北京大学未来技术学院陈良怡教授团队合作发明的计算超分辨图像重建算法成果在Nature Biotechnology（2020年影响因子为54.9）上发表，论文题目为Sparse deconvolution improves the resolution of live-cell super-resolution fluorescence microscopy（《稀疏解卷积增强活细胞超分辨荧光显微镜的分辨率》）。这是光学超分辨显微镜成像技术领域的突破性进展。

该项工作在物理和化学方法基础上，首次从计算的角度提出了突破光学衍射极限的通用模型，结合自主研发的超分辨率结构光（SIM）系统，实现目前活细胞光学成像中最高空间分辨率（60nm）下，速度最快（564Hz）、成像时间最长（1小时以上）的超分辨成像。结合商业转盘共聚焦结构光显微镜，实现四色、三维、长时间的活细胞超分辨成像。该技术框架也被证明适用于目前多数荧光显微镜成像系统模态，均可实现近两倍的稳定空间分辨率提升，为精准医疗和新药研发提供了新一代生物医学超分辨影像仪器，使未来大幅度加速疾病模型的高精度表征成为可能。（成果详情点击查看：《专家点评NBT| 陈良怡/李浩宇合作团队发明计算超分辨图像重建算法，稳定提升荧光显微镜2倍分辨率》）

该成果的发表之路几经波折，文章被收录之前，没有人知道是否会成功。成果发表后，迅速受到广泛关注和由衷的祝贺。这项成果究竟意味着什么？有人说是从“0”到“1”的原理创新，有人说是提供了一个重要的生命科学研究工具。笔者认为，除了技术本身的突破，这项成果还充分体现了科学家敢于打破人们的固有认知，勇于尝试、敢于挑战，越挫越勇的科研精神。成果发表后，通讯作者之一北京大学陈良怡教授也袒露了从准备撰稿到成果发表这两年来的心路历程。

写在成果发表后：

终于看到我们的稀疏解卷积工作上线，百般感慨不知道从何说起。仍记得两年前一起商量如何撰写文章时，浩宇和我讨论是不是应该光明正大的提出用计算的方法来提高显微镜的物理分辨率这件事情。和周围物理专业的同事商量，他们纷纷给出同样的反馈——这是一个“loonshot”。如果不是骗人或者神奇的魔术，真的是不可能的。没想到，这竟是两年投稿中审稿人的基调。（too young, too naive. ）

尽管小心修改过的投稿文章聚焦在稀疏解卷积算法与2D-SIM结合后的独特性能，以及与商业转盘式共聚焦超分辨率显微镜结合后如何提升它们和其他荧光显微镜的性能上，投稿期刊也从Nature 到Nature Biotechnology，我们仍然被连续拒绝了四次，每次都附上大约10页纸的问题和意见。我们被审稿人一遍遍的拷问类似的问题：

这个方法和以前的去卷积方法，特别是以前你们的Hessian去卷积有什么不同？

这是分辨率的实际提高还是只是数据过度锐化或背景过度剪辑的结果？

你们的图像或者视频这里或者那里像是过锐化后的结果，你们如何证明不是伪像？

这个方法提升分辨率的结果是真的吗？

稀疏去卷积的结果需要与已知结构或其他SR成像方式获得的结果进行比较验证才可信。如果没有已知的结构或者其他实验证明，你们如何调整软件中的连续性和稀疏性参数以获得理想的结果？

一套参数能否适合不同大小和形状的结构？根据什么先验知识来选择理想的参数集？

... ...

故事最终能有一个幸福的结局，是因为我们有一个顽强的队伍，坚持到了最后。如何区分固执和顽强？顽强就是对别人的批评抱着开放的心态，反省自己为什么没有让大家信服。然后针对所有的问题一遍遍的做新的实验、新的分析，努力每一次用数据分析而不是偏见来说服评委。从163页、到192页、到167页到最后148页纸的rebuttal，我们必须感谢这些苛刻但是公正的评委，他们不断的磨砺才让我们真正提炼出完整的思想和有说服力的证明。

行过这些路，我们才真正理解了Endo的故事以及这两句话的含义。

“It's not a good drug unless it's been killed at least three times.

"You can tell a leader by counting the number of arrows in his ass." 

我们其实永远也不知道下一步会是怎么样，只要遵循基本原则和小心求证，也许偶尔会遇到无法想象的惊喜，这也是科学的最大魅力吧。

To 浩宇、唯淞、士群、柳菊

致这个世界的局外人

致某一刻觉得自己是异类的人

致自始至终决定对自我忠诚的人

致对每一朵花每一片云保有欣赏和热爱的人

致心中总有一个理想，无论如何都无法放弃的人

——陈良怡