物理學家Richard Feynman1959年在加州理工學院的 “微觀世界有無限的空間 ”演講中激勵他的聽眾們去研發功能更加強大的顯微鏡，這樣生物學家就可以探索肉眼不能見的“驚人的小世界”。他說，如果我們能“看見那些東西”，回答基本的生物學問題就會變得容易得多。

幾年后，在科幻電影《奇幻之旅》（Fantastic Voyage）中，一個潛艇隊員將自己縮小到微觀尺寸，并進入人體執行修復大腦損傷的任務。1966年的電影預告片中說，這部電影 “把你所知道和理解的世界的界限下拉”，把觀眾送到了 “前無古人、后無來者的地方”。

現在，科學家們將本世紀中葉物理學家和電影制片人的愿景結合在一起，形成了一種時髦的虛擬現實體驗。在上周發表在《自然醫學》上的一篇論文中，研究人員描述了一款使科學家能夠使用虛擬現實（VR）頭盔進入細胞或其他生物結構內部并進行探索的新型軟件。

這不是電腦生成的體驗。超分辨顯微鏡拍下了這些活細胞的圖像。然后，軟件將顯微鏡中的二維數據轉換為三維沉浸式可視化圖像。這種新鮮的、近乎個人化的生物結構觀察，可能讓研究人員更好地了解細胞的內部運作，并尋找疾病的成因。

劍橋大學的生物物理化學家Steven Lee說：“我們正試圖找到有趣的方法來‘看見這些東西’。”他是該論文的共同作者。Lee和他在劍橋的同事們通過與3D圖像分析公司Lume VR合作創建了這款軟件。

布里斯托爾大學Polymaths實驗室的負責人（未參與該項目）Hermes Bloomfield-Gadêlha說：“識別自然界中的模式是科學進步的基石。這是一個令人興奮的新進展，它將使我們能夠看到模式，并與隱秘和奇怪的分子宇宙的結構進行互動。”

Lee慷慨地抽出時間帶領我參觀了一個腦細胞，或者說神經元。我們從神經元的鳥瞰圖開始。它的軸突，即細長的管狀突起，以電脈沖的形式將信息從一個腦細胞傳遞到另一個腦細胞。當我們放大看時， Lee說：“你看到的這些小管子是你的神經元溝通的基石，思想、主意和感覺從這些管子中間流過。”

我們靠近觀察了軸突，發現這些管狀結構是由一系列稱為光譜蛋白的環形成的。“這些環之間的空間是100納米規模的。所以它非常小，你知道 —— 千億分之一米。”他講述道。

令人感興趣的是懸掛在光譜環支架外的分子。“它們是漂浮在軸突中，還是與軸突的壁有關？”他反問道。我們現在可以嘗試回答這些問題，“而這個問題用別的研究方法來解答都將會是十分困難的，“Lee說。

這款名為vLUME的軟件允許科學家們切割并操縱感興趣的子區域的視圖。就像從一根螺旋吸管往桶里面看一樣，我們看到了一個末端被打開的軸突的切割部分。(這真是一種令人難以置信的體驗。畢竟我們正在觀察允許我們思考該結構的結構。）

我們觀察了四個在虛擬框中的軸突子段，然后放大同時觀察他們。”我們可以做一些定量測量，看看它們有什么不同，”Lee說。觀察健康區域與患病區域的結構差異可以幫助研究人員了解疾病的成因。

我們進一步觀察了研究結果 —— 軸突、四個虛擬框，一些分析，還有一些手寫的筆記。它很美，我們不光可以看到科學家如何利用它來研究一個結構，還了解到科學家是如何向世界解釋這些結構的。

如果沒有超分辨率顯微鏡，這項技術是不可能實現的，該顯微鏡在2014年獲得了諾貝爾化學獎。這種光學顯微鏡技術繞過了衍射極限 —— 一種將光學分辨率限制在大約250納米的物理屏障，以前人們認為它是不可逾越的。

超分辨率顯微鏡允許研究人員以大約5到10納米的分辨率實現生物結構成像。但這些圖像通常是二維的。由于生命是三維的，科學家們一直在研究如何從這些二維圖片中推斷出三維信息。但事實證明，以一種沉浸式和原生的方式與3D數據進行交互是很困難的。

vLUME軟件使用由數百萬個單獨的點組成的超分辨率圖像的數據，這些點又稱為螢光團，代表了單個分子的3D位置。vLUME先將這些信息渲染為點云，或空間中的一組數據點。接著對點云進行探索和分割。然后，該軟件使用聚類算法對復雜的數據集進行分析，以找到生物結構的模式。

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該軟件將免費提供給學術界使用。用戶需要的只是一個VR頭盔。該軟件目前的迭代只能帶領研究人員瀏覽一張細胞的靜態圖片。Lee和他的同事們希望在未來將其升級為實時的、移動的活細胞圖像，但目前，成像的滯后時間從十分鐘到一個小時?不等。

研究人員已經在使用該工具來了解免疫細胞如何確定體內哪些細胞已被病原體感染，以及蛋白質如何在疾病中錯誤折疊。"它讓我們能夠以一種直觀的方式向人們展示數據，從而非常迅速地排除錯誤假說，"Lee說。

但‘看見這些東西‘的能力可能只是一個開始。Bloomfield-Gadêlha說：“未來與數學建模和模擬，甚至機器人等多學科的互動，可以賦予我們預測這些3D分子世界的能力，以及我們對自然界分子多元宇宙的深層次理解。"

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