Nobel Lecture 2014: การเปิดเผยความลับของสมองและการสร้างอนาคตที่สดใสด้วยการศึกษาระบบประสาท

รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี ค.ศ. 2014 นั้นเป็นโอกาสอันพิเศษสำหรับวงการวิทยาศาสตร์โลก เนื่องจากได้มอบให้กับ Stefan Hell นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน จากผลงานการพัฒนาไมโครสโกปีความละเอียดสูง (super-resolution microscopy) ซึ่งเปิดเผยความลับของโลกจุลพิศวาส อนุญาตให้เราเห็นโครงสร้างที่ซ่อนเร้นอยู่ภายในเซลล์และโมเลกุล

Stefan Hell เป็นตัวอย่างของนักวิทยาศาสตร์ผู้ไม่ย่อท้อต่อข้อจำกัด เขาได้ท้าทายหลักการของฟิสิกส์ optics ที่ว่าด้วยขีดจำกัดความละเอียดในการมองเห็น ซึ่งถูกกำหนดไว้โดย Ernst Abbe ในศตวรรษที่ 19 Hell สร้างเทคนิคใหม่ๆ ขึ้นมา เช่น STED (stimulated emission depletion) และ PALM (photoactivated localization microscopy) ที่สามารถเอาชนะขีดจำกัดนี้ได้ ทำให้สามารถมองเห็นวัตถุที่มีขนาดเล็กกว่า 200 นาโนเมตร ซึ่งเป็นเรื่องที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน

ผลงานของ Hell ไม่เพียงแต่ทำให้เราเห็นภาพที่สวยงามของเซลล์และออร์แกเนลต่างๆ เท่านั้น แต่ยังนำไปสู่การค้นพบใหม่ๆ ในสาขาชีววิทยา และการแพทย์อีกด้วย ตัวอย่างเช่น การใช้ไมโครสโกปีความละเอียดสูงในการศึกษา โครงสร้างของไวรัส สารพันธุกรรม DNA และกระบวนการแบ่งเซลล์

นอกจาก Hell แล้ว อีกสองนักวิทยาศาสตร์ที่ได้รับรางวัลโนเบลในปีนั้น ได้แก่ Eric Betzig และ William E. Moerner ซึ่งมีส่วนสำคัญในการพัฒนาวิธีการอื่นๆ ของไมโครสโกปีความละเอียดสูง

ผลงานของ Hell: การเปิดเผยโลกจุลพิศวาส

Hell เริ่มสนใจในสาขา optics และฟิสิกส์ควอนตัมตั้งแต่ยังเป็นนักเรียนมัธยมปลาย หลังจากนั้นเขาก็ได้ไปศึกษาต่อระดับปริญญาตรีและโทที่มหาวิทยาลัยเก팅เกน และมหาวิทยาลัยเฮือเดลเบิร์กในประเทศเยอรมนี

งานวิจัยของ Hell เริ่มต้นขึ้นในปี 1980s โดยเขาได้ศึกษาเรื่อง “far-field optical microscopy” ซึ่งเป็นเทคนิคการส่องภาพที่ใช้ลำแสง świat เพื่อมองเห็นวัตถุขนาดเล็ก แต่ Hell ก็พบว่าเทคนิคนี้มีข้อจำกัดอย่างรุนแรง นั่นคือความละเอียดที่ต่ำกว่า 200 นาโนเมตร

Hell ไม่ยอมแพ้ เขาได้ทุ่มเทเวลาและพลังงานเพื่อค้นหาวิธีการใหม่ๆ ที่จะเอาชนะขีดจำกัดนี้ จนในที่สุดเขาก็ประสบความสำเร็จ

• STED microscopy: Hell สร้างเทคนิค STED ขึ้นมาโดยใช้ลำแสงเลเซอร์สองลำที่ทำหน้าที่ต่างกัน ลำแสงแรกใช้ในการกระตุ้นฟลูออเรสเซนซ์ (fluorescence) ของโมเลกุลในตัวอย่าง และลำแสงที่สองใช้ในการ “ดับ” ฟลูออเรสเซนซ์ ของโมเลกุลที่อยู่รอบๆ จุดศึกษานั้น ผลลัพธ์ก็คือสามารถสร้างภาพที่มีความละเอียดสูงขึ้น

• PALM microscopy: เทคนิค PALM (photoactivated localization microscopy) ใช้การกระตุ้นฟลูออเรสเซนซ์ของโมเลกุลในตัวอย่างทีละโมเลกุล ซึ่งช่วยให้สามารถระบุตำแหน่งของแต่ละโมเลกุลได้อย่างแม่นยำ

ด้วยเทคนิคใหม่ๆ เหล่านี้ Hell และนักวิทยาศาสตร์ร่วมทีม สามารถมองเห็นโครงสร้างของเซลล์และออร์แกเนลต่างๆ ได้อย่างละเอียด minutiae

รางวัลโนเบล: สัญลักษณ์แห่งความสำเร็จ

การได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 2014 เป็นเกียรติอันสูงสุดสำหรับ Stefan Hell รางวัลนี้ไม่เพียงแต่เป็นการยอมรับผลงานวิจัยของเขาเท่านั้น แต่ยังเป็นแรงบันดาลใจให้กับนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่ทั่วโลก

นอกจาก Hell แล้ว อีกสองนักวิทยาศาสตร์ที่ได้รับรางวัลโนเบลในปีนั้น ได้แก่ Eric Betzig และ William E. Moerner ซึ่งมีส่วนสำคัญในการพัฒนาวิธีการอื่นๆ ของไมโครสโกปีความละเอียดสูง

Hell กล่าวในการให้สัมภาษณ์ว่า “รางวัลโนเบลเป็นเครื่องยืนยันว่าความฝันของฉันนั้นเป็นจริงได้” เขาหวังว่าผลงานของเขาจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถเข้าใจโลกจุลพิศวาสได้อย่างดีขึ้น และนำไปสู่การค้นพบใหม่ๆ ที่จะเป็นประโยชน์ต่อมนุษยชาติ

อนาคตของไมโครสโกปีความละเอียดสูง

การพัฒนานี้ถือเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญในวงการวิทยาศาสตร์ชีวภาพและการแพทย์ ไมโครสโกปีความละเอียดสูงเปิดทางให้เราสามารถศึกษารายละเอียดของเซลล์ สารพันธุกรรม DNA และกระบวนการต่างๆ ที่เกิดขึ้นภายในร่างกายได้อย่างไม่เคยมีมาก่อน

ในอนาคต เราคาดว่าจะเห็นการพัฒนาวิธีการใหม่ๆ ของไมโครสโกปีความละเอียดสูงที่สามารถมองเห็นวัตถุที่มีขนาดเล็กกว่า 10 นาโนเมตร ซึ่งจะเปิดประตูสู่โลกของโมเลกุล และอะตอม

ผลงานของ Hell และนักวิทยาศาสตร์ร่วมทีม เป็นแรงบันดาลใจให้กับผู้คนทั่วโลก มันย้ำเตือนเราว่าความฝันและความมุ่งมั่นสามารถนำไปสู่การค้นพบที่ยิ่งใหญ่ได้

ตารางแสดงเทคนิคการพัฒนามೈโครสโกปีความละเอียดสูง

สรุป

Stefan Hell เป็นตัวอย่างของนักวิทยาศาสตร์ผู้ไม่ย่อท้อต่อความท้าทาย และได้สร้างสรรค์เทคนิคใหม่ๆ ที่เปลี่ยนแปลงโลกของการมองเห็นในระดับจุลพิศวาส ผลงานของเขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี 2014 และเป็นแรงบันดาลใจให้กับนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่ทั่วโลก.

ด้วยไมโครสโกปีความละเอียดสูง เราจะสามารถเข้าใจโลกจุลพิศวาสได้อย่างลึกซึ้ง และนำไปสู่การค้นพบใหม่ๆ ในสาขาชีววิทยา การแพทย์ และเทคโนโลยีในอนาคต.