脑与认知科学研究进展论文

了解脑科学促进儿童全面发展

摘要：脑科学是研究心智发展及其机制的一门新兴学科。脑科学的发展趋势及其相关研究成果对教育教学实践具有重要意义，其在教育上的应用，尤其是在教养孩子方面有着至关重要的作用。只有通过对大脑的科学了解，掌握其发育规律，才能让孩子的大脑更自由健康地生长，从而促进儿童全面发展。在此基础上，本篇文章结合脑科学的相关研究表明以及脑认知活动的规律，对教育教学提出了有益的建议。关键词：脑科学；儿童；教育；全面发展

一、前言

为什么要促进孩子身心的全面发展？对于教师来说，这不应仅仅是一个观念，还应了解其背后的科学原理。儿童在生理、认知、情感、社会几个方面的发展是紧密相关、互为影响的。尤其是越小的孩子，整体化发展特征越明显。对于大脑神经机制的科学研究，也深刻揭示了儿童大脑整体性发展的规律。作为教师，需要深刻理解和思考儿童整体性发展的理念，并开展基于脑、适于脑、促进脑的教育，为他们的身心发展提供适宜的环境和教育，才能真正解决在育儿上的拔苗助长、急功近利等问题，真正促进孩子的健康全面发展。

二、正文

儿童青少年时期是脑发育和各项认知能力发展的关键阶段，也是学习能力提升的黄金时期。21世纪脑成像技术的快速发展为人们认识儿童青少年脑发育打开一扇窗。人们可以在不侵入和伤害人体的情况下，观测到脑的结构特征和功能活动。例如，基于结构磁共振影像，能够清晰地对脑的解剖结构进行成像，如各个脑区的空间分布和皮层的沟回；基于弥散磁共振影像，可以追踪负责脑区间信息通讯的白质纤维束的方向。功能影像技术则能够实时探测人脑对外界刺激进行响应和加工的功能活动。在这些先进技术支持下，脑发育的科学研究快速发展，取得了重要的进展，为认识儿童青少年脑发育提供了新的角度和证据。我国有2亿多儿童、青少年，了解和把握脑发育规律，是保护和促进儿童全面发展的重要前提，对国家的可持续发展具有深远影响。

研究证明，脑科学原理帮助我们认识儿童学习的规律。大脑是按整体性原则进行生理和心理活动的。神经元作为人脑信息处理的基本功能单位，迁移到大脑不同区域特定的位置，与其他神经元之间建立联结，从而承担和实现特定的大脑功能，于是我们才会有感知、动作、语言、情绪、思考等心理活动。

“大脑具有跨多个领域的工作机制”，主要是指大脑的学习依赖于神经环路与神经网络的建构。孩子一般是从基本的单一感官刺激到神经元之间建立广泛联系、相互联结，再进行信息加工和整合，这一过程也体现了大脑的工作原理。比如一个小朋友听到音乐后，听觉的刺激让他开始扭动身体，然后他走到小黑板前，拿起粉笔在黑板上涂鸦；他跟着音乐节奏兴奋地在黑板上画了好多线条，一边画一边对老师叫着：“下雨啦！下雨啦！”小朋友的听觉、视觉输入信息后，又转化为动觉和语言，这个信息整合的过程还伴随他愉悦的情绪、积极的社交互动，调动已有的经验与记忆，并进一步建构新的经验，这就是有意义的学习。

脑科学研究证明，刺激越多，电冲动越多，神经元之间的联结就越多，神经网络就越发达，从而形成大脑功能系统的基本框架；这是大脑可塑性的重要来源，也是个体学习和智力的生物基础。幼儿由于感觉、动作的发展，有更多机会与周围的客观世界进行互动，从而在大量的环境刺激下，不断建立越来越发达的神经网络。所以，幼儿阶段被称为大脑发育的黄金时期。也就是说，脑功能发育过程中存在着关键期，在关键期内，某些脑功能的形成与发展比其他时期更容易、更迅速。而某种学习更容易发生的阶段称为敏感期，例如语言学习的敏感期。研究表明，语言习得确实存在敏感期。但语言习得的敏感期出现在哪一个具体时间段，研究者有不同的观点，可有一点是确定的：在童年期（6~7岁）以后，语言习得的能力加速衰退，青春期以前没有接触正常语言环境者将不能获得正常的语言能力。对于第二语言学习的敏感期在哪一年龄段尚有争议。但是第二语言习得肯定受年龄的影响，这种影响既表现在口语水平又表现在语法和写作水平上。这也就为我们的教学提供了一定的启示：教育应在适当的时间，提供适宜的环境与教育，抓住儿童发展和教育的最佳时期，遵守适时的规律，开发儿童的潜能，促进儿童全面发展，从而收到事半功倍的效果。

通过以上研究可以看出，如果只是把孩子的大脑当成容器，一味地灌输知识来把容器填满，实质上违背了儿童大脑发育和学习的规律。既然了解了儿童大脑整体性工作的机制，我们就应该为他们提供适宜的环境刺激，用正确的教养方式来促进他们身心的和谐发展。

首先，教师和家长可以为儿童学习和发展提供丰富适宜的环境刺激。例如为孩子提供促进他多种感官发展的玩具材料，或通过阅读经典图书、欣赏艺术作品、走进博物馆、亲近大自然等体验，刺激其神经元的增长，满足其建构强大的神经网络的需要。

有研究发现，低结构、开放性的材料和活动变化多、玩法多、操作性强，更能刺激大脑突触的增长，更能激发孩子的观察力、想象力和创造力，使兴趣保持得更持久；而高结构、封闭性的材料和活动则由于玩法单一、操作性较弱或与儿童发展水平不相适应，不仅不能促进神经联结，反而还会导致厌学。

比如教师给孩子提供了串珠玩具，可能发现孩子只串了一次就把珠子拿来进行美工创作，或者通过想象进行角色扮演的游戏；因为多样化的游戏比单纯的串珠子可以激发儿童更多的大脑区域，促进他建立更多的神经网络，也更有利于孩子的整体化发展。

同时，环境刺激还应注意适宜适度。过量的信息可能会产生“神经拥挤”现象，带来干扰，进而影响孩子的注意与主动选择，使他无法形成自己的独立意志，不能在一定时间内持续稳定专注于某一件事；过度超前或滞后的信息刺激则可能会给年龄较小的孩子带来情绪压力或造成潜能的浪费，不利于大脑对信息的有效加工。

适宜性还表现为健康和有益。比如优美的音乐是良好的刺激，粗暴的语言、噪声、充满争吵的家庭环境就是不好的刺激；启发认知思维和情感的电视节目或电子游戏可以是良好的刺激，而宣扬暴力的内容则是不良的刺激。

第二，通过生活体验促进学习的过程性与整体性。研究发现，环境的刺激作用可以诱发神经网络多通道多层面的可塑性，从而达到全面开发大脑的目的。学习是认知、生理、动作、情绪和社会性等多个领域整体发展的过程，所以在生活中学习如何做事比学习任何知识都重要。比如孩子帮妈妈晾衣服这个生活事件，就可以使孩子获得多方面能力的发展。首先可以满足孩子的主动性，从而获得内在动力和独立性的发展；其次，可以发展上下肢配合的大肌肉动作和小肌肉精细动作；第三，可以发展感知、观察、比较、模式、秩序、统筹计划等方面的思维能力；第四，可以发展专注力、坚持性、抗挫力、情绪管理能力以及解决问题的能力……

整体性、过程性的学习，是儿童全身心参与体验的过程，是我们必须重视的科学法则。家长要避免片面地理解学习，过早地给幼儿施加机械训练的学业负担，而是要多给幼儿在生活中参与做事的机会，加强他们对生活的体验，多鼓励他们在解决问题的过程中尝试、体验、试错和顿悟，才能使他们得到整体和谐的发展。

然而我们身边的家长受教育焦虑影响，很容易陷入片面追求孩子某一方面发展的误区，比如过早训练孩子的读写、计算或某项技能，忽略孩子满足自身好奇与兴趣、休息与玩耍的需求，剥夺他们在户外奔跑和在生活中感知的机会，结果导致孩子出现感统失调、注意力失调、厌学、抑郁症等心理障碍，给儿童的身心健康成长带来极大伤害。包括学校的应试教育培养的几乎都是思维左脑型的学生，要想培养真正的精英人才甚至天才，就得要把拥有巨大潜能而又处于沉睡状态的'右脑开发和利用起来，这也就是现在为什么要提倡全脑教育的原因。通过全脑教育，重视左右脑在神经系统发育学上的规律，顺其自然地培养孩子的兴趣。在孩子成长过程中，引导其养成良好的学习习惯，不断的学习新的、不同学科的知识，在学习通识知识的同时，有自己的兴趣特长，是比较好的方式。在功能上，每个人的左右脑不可能绝对的平均，所以对于孩子的脑发育，左右脑都要发展、有侧重而相对均衡，从而借助全脑教育促进孩子全面发展，基于孩子本身扬长避短、因材施教！

由此，我们可以看出脑科学研究的新成果为中小学课堂教育教育改革生理学、心理学依据，为根据脑认知活动的规律进行教育教学提供了可能。那么，对于未来即将成为人民教师的我们，应该如何在教学中利用脑科学研究的新成果进行教育教学呢？教学天然是一项动态的、变化的，发生在教师与学生之间的交互活动。以往的教育学以及脑科学的相关研究表明，为了让学生真正的掌握所学知识，我们应该鼓励启发式教学，增加课堂互动，这可以有效促进学生的学业成绩，并且提高学生的社交能力，为学生步入社会做好准备。

首先，教师需要提高自己的互动意识，鼓励学生对教学内容进行实时反馈，让学生产生主动的学习，而不只是被动的接受知识。结合在上半年的实习经历，我观察到在教学过程中，我的指导老师和学生分享彼此的知识，共同设计出丰富的活动。比如在数学课中，柴老师通过设计游戏、展示视频等形式，鼓励学生交流得出新知。在这个过程中，教师和学生分享彼此之间的经验与知识，交流彼此的情感、体验与观念，丰富教学内容，也培养了学生的创造潜能，增强了学生的实践能力，使教、学、做合一。

其次，在互动中，教师需要发挥引导作用，时时注意学生的学习状态和心理状态，调整教学步伐。因为课堂通常是由多个学生组成的，学生们可能存在不同的学习状况，这对教师提出了相对较高的要求，教师需要尽可能的关注所有学生，对学习进度不同的学生们有分层次的理解。

再者，教师可以穿插有趣的教学视频提高学生上课的投入度，同时给予积极的反馈，慎用惩罚。研究发现，积极情绪可以提高注意广度、整体性思维和探索行为，可以让儿童在学习活动和任务中感到愉快，从而激发学习动机。而教师如果能够给孩子创设安全、温暖、开放、鼓励的环境，甚至新颖、有趣的情境，给孩子更多及时的关注理解、反馈鼓励和分享参与，则更能使孩子获得安全感和掌控感；尤其在他们遇到困难或挫败的时候，积极的环境和反馈可以帮他们学习自我调控，促进执行功能，并发展出良好的情绪管理能力，逐渐拥有开放的、创造的和热爱学习的大脑；相反，如果教师的反馈是惩罚的、否定的、拒绝的，那么他们就会逐渐回避冒险，习惯依赖，大脑变得封闭。

最后，小组讨论以及小组作业也是有益的教学方式，教师应该鼓励学生们互相学习互相帮助，协作完成学习任务，这也是培养研究型人才的好方法。

以上的这些方法都离不开与脑科学研究成果的结合，所以，在今天这样一个时代，只有加强对儿童青少年脑智发育的研究，我们才能更好的提升基础教育的质量。只有对孩子大脑的认知功能、心理功能，及其和神经系统的关系有了更深刻的理解，我们才能更好的掌握儿童成长的规律，理解孩子学习的规律，更好的掌握教的规律。

三、总结与展望

随着脑科学研究的扩展与研究技术的进步，对脑的多层面研究已经为素质教育提供了多方面的有益启示，并可能为科学地开展素质教育、促进儿童素质的全面发展提供坚实的基础。 积极开展多学科的研究，并及时概括国内外脑科学研究的成果、特别是与教育密切相关层面的成果，同时重视通过大众传播媒体、教师培训、培训广泛普及有关成果，使全社会认识并高度关注建立基于脑、适于脑、促进脑的教育，这对于我国儿童潜力的开发、人口素质的提高将具有深远的影响。

总而言之，了解大脑的学习机制可以帮助我们更清晰地认识儿童整体性发展的教育原则，也能指导我们从儿童的发展规律和需要出发，树立科学的儿童观，为儿童的全面整体可持续发展提供良好的环境和教育。

· 每一神经元所进行的信息处理都是经过突触实行细胞间的通讯而完成的。具体说，突触前细胞产生的冲动，通过释放神经递质作用于突触后细胞膜位点上的特异性受体，从而引起后一细胞兴奋性的改变。· 受体由蛋白质分子组成，与神经递质分子结合后，控制神经细胞的离子通道开闭，（直接或经由第二信使间接），调制后一细胞的输出，实现神经元整合作用。（空间和时间上的整合）· 神经调质间接地经由一系列生物化学过程来调制突触后神经元的活动，其作用起始时间较慢，持续时间较长。神经递质和调质分布在特定的神经通路或核团里，因此神经系统同时依靠神经回路和化学调制两种形式进行信息处理。· 递质和调质有近百种，有待鉴定的可能性更多。可分为胆碱类、单胺类（多巴胺、5-HT、NAD）、氨基酸（谷氨酸、甘氨酸、r-氨基丁酸）和神经肽。调质包括胺类、和许多神经肽。共存和共释放，使化学信号的传递非常复杂。· 神经肽，2-39个氨基酸残基构成，在较低浓度下即能缓慢地改变附近神经元的膜的性质，从而兴奋或抑制这些神经元。研究并确定种类繁多的神经肽的生物学作用，是一个重要任务之一。· 受体是蛋白质或蛋白质与碳水化合物或脂类的结合体，主要部分在膜内，结合位点在膜外。功能有二：识别特异性的递质或调质分子并与它们结合成复合体；改变细胞离子通道开闭状态，实现神经细胞内化学——电信息的转换。· 受体分两类：第一类是载离子受体，离子通道蛋白，n-Ach，GAGB，Gly受体，蛋白质构象变化，改变离子通道的开闭状态，介导快速突触传递过程（几毫秒）分子有亚基组成。第二类受体都是单条肽链，结合后触发一些列生化反应：激活G蛋白，激活AC，促进cAMP的合成， cAMP的扩散促成胞内白蛋白激酶K的活化，改变离子通道m-Ach、NAD、5-HT等。· 神经信号的基本形式：分级的膜电位涨落、动作电位。· 膜片钳技术：研究神经膜离子通道，10-12A单个离子通道的离子电流变化。电压门控通道、Na+，K+，Ca2+，化学门控通道nAch· 重组DNA技术：研究膜上的微量蛋白分子——各类通道蛋白的分子结构。Na+通道是由1820个氨基酸组成的多肽链。· 色觉三色学说的神经生理基础，人的三种视网膜视锥细胞视色素基因获得分离· 学习记忆的细胞和分子水平的机制研究获得重要进展——海马结构与学习记忆密切相关，LTP反映了一种突触效率的变化，即可塑性。· 短期记忆不需要新蛋白质的合成，而长期记忆所需的基因产物必须是新合成的。 · 把研究感觉信息处理过程作为揭示脑的奥秘的突破口，其中以视觉系统的研究最为突出。· 视网膜的光感受器水平：已克隆出视色素蛋白基因；光电换能过程的第二信使是cAMP（Ca2+），黑暗中， cAMP+Na+通道蛋白---〉Na通道开放，Na+持续内流（暗电流），光感受器细胞去极化；光照引起视色素分解，使视盘膜上的GTP结合蛋白分子火化，后者再激活PDE，迅速分解cAMP，引起Na+通道关闭，暗电流骤降，光感受器细胞膜超极化，这样光能——〉神经电信号· 视网膜，复杂的信息处理（外周脑），研究相当清楚。视网膜这个两维的、多层次信息处理的最后结果，是经由视网膜神经节细胞以动作电位脉冲调频的方式，传递给脑的。· 感受野：视通路中任一神经元都在视网膜（或视野）上有一个代表区域。同心圆拮抗型感受野，包括给光—中心和撤光—中心两类，为心理学马赫带现象提供生理学基础· 非同心圆的RF的细胞对快速运动、运动方向以及某些图形特征产生反应· 初级视皮层（纹状皮层），在整个大脑皮层研究最透彻的一部分，面积最大的区域。功能柱：具有相同感受野位置和生理功能的细胞按垂直于皮层表面的柱状结构有序地排列起来。功能柱内细胞具有相同的最优方位、相同的眼优势、相同的最优空间频率。 · 人工神经网络具有脑的一些基本性质，如能够学习和记忆，神经元之间的连接强度具有“用进废退”的可塑性、细胞的集合由连接强度达最大值的细胞组成，可以从事某一模式的学习和记忆，并形成交替集合从事概念的抽象、部分输入就能激活整个细胞集合等。· Aldan领导的研究组按照条件反射中发射中发生的学习过程所出现的神经细胞电学特性和分子特性的变化，研制了一种DYSTAL动态稳定联想学习。该网络内没有任何预先编过的输入/输出关系程序，它能学习、记忆、辨识模式。第一次使计算机人工网络以储存记忆的内表象成为可能。· 用900个“神经元”组成的Hopfield网络解决复杂的“推销员应沿什么最优路线出差许多城市才可使其旅途最短”的问题，只需百万分之一秒便可求解300城市的问题，比微机快10万倍，结构简化1万倍· 由100个加工单位分三层排列的阅读程序NETtalk问世，可以阅读字母，发出语句声音来· 光学神经计算机，辨别人像· 各种算法为阐明脑和神经系统的工作原理提供了启示。 · 脊椎动物神经系统的发育起源于胚胎背中线的外胚层加厚，在其下方的脊索和中胚层的诱导下形成神经板，继而其边缘组织形成神经嵴。诱导作用机制？· 中心问题：成熟的神经系统特有的高度特异性联系模式是如何产生的。包括神经元怎样得知其本身在三维神经系统中的位置信息？当轴突生长时这种位置信息如何表达？细胞又如何识别其靶细胞或终止区域？基因如何知识脑的发育？· 轴突末端由高度运动性的生长锥，锥上有丝状的假足。生长锥在轴突生长时识别路径和靶细胞方面可能起着关键作用。· 识别靶细胞的原因是：生长着的轴突表面存在着某种细胞化学标记物，在其相对应的靶细胞中有对应的标记物使轴突识别并形成突触。· 过量神经元的死亡可能与靶区神经生长因子的有限有关。· 早期发育主要由遗传因素决定，框架建立后，环境因素影响增大。关键期、可塑性 · 老年性痴呆症：记忆和推理能力丧失，神经元丧失、神经纤维缠结。Ach选择性减少，记忆进行性丧失。常染色体显性遗传病，第21号染色体接近中央区的地方。· 亨廷顿舞蹈病：遗传病。失去对运动系统的控制，基因定位在4号染色体短臂，纹状体失去GAGB能神经元的抑制。· 多巴胺以被确定与觉醒和快感有关。过量引起思维丧失、幻觉和某些精神分裂症状，缺少引起帕金森症，病人四肢和头震颤不已，面部无表情· 先天性肌源性疾病，重症肌无力，后天的自身免疫病，异常抗体与神经—肌肉接头处终板区Ach受体结合，致使不能产生足够的肌肉收缩力。· 多发性神经纤维瘤· 视网膜神经胶质瘤 · 丘脑的功能：丘脑是产生意识的核心器官，丘脑能够合成发放丘觉，当丘觉发放出来也就产生了意识。丘觉是先天遗传在丘脑中，可以自由发放，也可以由样本点亮。· 样脑的功能：丘脑之外的大部分脑结构都是样脑，包括大脑皮质、基底核、下丘脑、杏仁核等。样脑的主要功能就是交换产出样本，样本的作用就是点亮丘觉产生意识。

不再仅仅只是看肉眼所见，活体环境下的微观世界也正在向我们展示它独特的 “风景”。历时三年的艰苦攻关，清华大学研究团队成功打破传统光学成像局限，创造性提出数字自适应光学框架，发明了扫描光场成像技术，自主研制出扫描光场显微镜，合称为 DAOSLIMIT （Digital Adaptive Optics Scanning Lightfield Mutual Iterative Tomography），这意味着活体三维、长时间、高分辨率的显微观测最终成为现实。2021 年 5 月 25 日，题为《数字自适应光学迭代层析成像技术使三维亚细胞毫秒尺度活动的小时级长时活体观测成为可能》（Iterative tomography with digital adaptive optics permits hour-long intravital observation of 3D subcellular dynamics at millisecond scale）的研究论文，在线发表于《细胞》（Cell）期刊上。该论文由清华大学脑与认知科学研究院、自动化系戴琼海课题组，以及该校生命学院俞立课题组合作完成。该研究将仪器研发与生命科学应用紧密结合，通过深入地交叉合作、迭代开发，构建了一套可解决一系列具体生命科学问题的超级显微镜，为未来更多生物发现提供了可能。论文第一作者、清华大学自动化系博士后吴嘉敏向 DeepTech 介绍：“这项研究最大的成就在于，DAOSLIMIT 能够在大范围的成像视野内，实现分块自适应光学，以横向 220nm 和轴向 400nm 的光学衍射极限分辨率，保持毫秒级的三维成像速度，将哺乳动物活体三维连续观测时长提高到小时级，活体成像时空分辨率大幅提升，而光照对样本的光毒性却大大降低。”现阶段，在离体培养的细胞上进行生命科学研究仍然是主要手段，比如培养的肿瘤细胞，在体外就可以很轻易被杀死。而一旦肿瘤细胞在活体环境内，有着三维血管以及各种各样细胞因子的影响，会让很多药物束手无策。吴嘉敏表示：“我们认为生命科学研究发展的趋势，是从体外细胞这种相对简单模式到活体环境下去观测大量不同细胞、不同细胞器间在不同时空尺度下交互的真实过程，比如果蝇、斑马鱼、小鼠、非人灵长类等模式动物，这种越来越复杂的动物模型可能会给人类带来更直接的帮助。但这也给传统成像带来前所未有的挑战，因为生物体内成像环境非常复杂，变化非常快，传统的显微成像很难在活体环境内达成较好的成像效果。这就好比学车的时候从固定的训练场里转变到复杂的城市街道以及森林山地一样。”受到三维组织分布、光学像差、光毒性等诸多因素的限制，在哺乳动物活体环境内进行高速亚细胞分辨率长时程观测，始终是一个悬而未决的问题，极大地制约了脑科学、免疫学、肿瘤学等等的深入研究。正是出于实现高分辨率长时程观测的初衷，该课题组展开了长期的实验研究，而辛苦耕耘终将有收获，此项研究成果把一切都变成了可能。DAOSLIMIT 的这三个突破，其实是以一套技术去整体实现的过程。首先它是一个全新的成像技术框架，能够动态获取成像场景的三维信息，并能在较大轴向范围内保持场景的聚焦，充分利用被激发的整个三维体内的荧光光子，从而能用极微弱光照去来激发整个三维体，并保持足够高的信噪比。传统光场成像，可以通过多角度获得三维信息但严重损失了空间分辨率，主要原因是受到海森堡不确定性原理的限制，在空间分辨率和角度分辨率之间存在难以弥补的矛盾，无法同时获得很高的空间分辨率和很高的角度分辨率。而 DAOSLIMIT 成像方法的最大优势，在于它绕过了这种矛盾，它能充分利用微透镜本身的光学衍射带来多角度间的频率耦合，结合高速空间扫描，借鉴叠层成像的概念，先损失一部分空间分辨率去获取足够的角度分辨率，再利用样本时空连续性的约束，去恢复足够的空间分辨率，从而同时获得高的空间与角度分辨率。另外一个优势是，DAOSLIMIT 提出了数字自适应光学的框架。在活体组织内，三维折射率的不均匀分布所引起的像差，导致深层成像的分辨率都非常的低。DAOSLIMIT 通过不同角度的光线采集，在数字端进行像差估计和恢复，可以非常高速地实现大范围的自适应光学矫正。最终保证活体成像的时候，分辨率也能够达到衍射极限。“迁移体” 是清华大学俞立实验室近年来发现的一种新的细胞器。得益于 DAOSLIMIT 的运用，迁移体能够在活体哺乳动物内被清晰观测。吴嘉敏表示：“我们同时在多种实验中观测到了迁移体，分别是在斑马鱼与小鼠的活体内，清晰地观测到了迁移体和丝状伪足在哺乳动物体内的生成与变化，以及一系列可能存在的功能。”迁移体在免疫反应方面，会起到类似烽火台的作用。免疫细胞遍布在肝脏表面，移动的时候留下很多迁移体。哪里发生细菌感染或者免疫反应，迁移体就会去通知邻近的免疫细胞，实现大范围的信息交流。而肿瘤转移与此类似，比如肿瘤细胞有时候会被限制在一些比较狭窄的血管难以通过，它就会主动吐出囊泡，去做到更好的扩散。而当肿瘤细胞在血管内会受到冲击时，它还会在相邻细胞间生成丝状结构，帮助抵抗血流流速的压力。至于为什么会选择斑马鱼和小鼠来进行实验？原因在于它们是生物科学研究中比较典型的模式动物。斑马鱼是脊椎动物，特别是斑马鱼幼鱼会比较透明，成像更容易。而小鼠是很小的一个哺乳动物。模式动物越接近人，观测到的现象才越能够对人类 健康 产生越直接的影响。吴嘉敏认为对这种迁移体的观察，可能会对未来生命科学和医学带来几个方面的改变：第一个改变是，现在生命科学研究的许多细胞或者细胞器，可能会在活体环境下展示新的功能或者说新的现象，而这些现象是以往培养的细胞中不具备的，比如说免疫感染或者肿瘤转移；第二个改变是，迁移体提供了一种新的细胞相互交互方式。以往人们认为，细胞是通过互相接触进行的细胞交互。但现在有了新发现，细胞可能类似于我们寄快递，会在某个位置抛下一个迁移体，通过这个迁移题实现远距离的传输，比如肿瘤细胞的转移。这种新的细胞交互方式，可能会给生命科学会拓展更多的研究领域；第三个改变，体现在临床应用上，研究人员发现血管内，囊泡的数量远远大于细胞本身的数量。好比如 100 毫升血液，它包含一个肿瘤细胞的概率是非常低的，但 100 毫升血液包含有肿瘤遗传物质囊泡的概率，却会有显著的提升。这为未来的早期癌症研究，提供了一个新的思路。“门捷列夫曾经说过，科学从测量开始。列文虎克发明了显微镜，才打开了整个微观世界的大门，正所谓工欲善其事必先利其器，我觉得科学仪器的发展，能够不断地开拓人类认知的边界。因此我科研上的初心，就是通过自己的努力，不断去开阔人类认知视野，拓展科学的边界。” 吴嘉敏表示。而 DAOSLIMIT 显然就是一个这样的科学仪器，通过计算成像的手段，让人们去了解或者说看到更广泛的一个世界，从而推动包括细胞生物学、肿瘤学、脑科学等在内的整个自然科学的进步。因为像这类基础科学，包括细胞与细胞间的交互作用以及细胞器间的交互作用，在单个细胞层面已经取得了不少研究成果。吴嘉敏告诉 DeepTech：“但是当某个细胞或细胞器处于真实的生命体内时，表达的功能可能会涉及到一些更复杂的层面，而在体外并不具备这样的研究环境。由于在活体内的传统成像难以观测，因此我们只能通过旁敲侧击的方法去理解它扮演的角色。而我们为这系列问题都提供了一种新的解决方案。”最重要的是，DAOSLIMIT 的实用价值并不止于此。首当其冲的就是药物筛选，比如一些往常异常艰难的关于类器官的药物筛选，因为有了更好的成像能力，人们就可以在活体的环境下，给出更多更真实、更高效的药物筛选建议。据他介绍，团队下一步要做的是介观尺度的动态三维成像，一方面它能够助力实现百万，千万量级的神经同步记录，另外也能够去开拓被他称之为介观尺度的生命科学，这也是戴琼海院士团队一直努力的方向。除此之外还可以引申到另外一个问题，因为以往的光显系统设计更多的是为人眼进行的设计，表现为一种模拟化的成像方式，从而对光学信号进行模拟变换，让人眼看到的图像更清晰。但是在信息化智能时代，我们需要设计一种新的光学系统，它是为机器服务的，智能光场成像就是其中的典型。未来，科学仪器的地位将会不断提升，也必定会有更多新颖、先进的机器涌现出来，陪伴着人类开拓更广阔的科研无人区。