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上一版3  4下一版 2016年7月23日 星期 放大 缩小 默认
我科学家领衔绘制全新人类脑图谱
比传统图谱精细4倍至5倍
本报记者 佘惠敏
研究团队绘制出的脑网络组图谱。(资料图片)

大脑是人体最精密的器官,但人类对这个器官的了解还远远不够。

比如目前国际上最常用的脑图谱“Brodmann图谱”,还是100多年前德国神经科学家Brodmann在单个人的尸体组织标本上利用细胞构筑绘制的。之后虽然陆续出现了许多类型的脑图谱,但存在众多问题:有些脑图谱未考虑个体变异;基于细胞构筑学构建的脑图谱仍然是对尸体标本的研究,而且只包含局部的分区信息;许多功能复杂的脑区的功能亚区边界并不明确;现有的大部分脑图谱基本来源于西方人的数据,不具备东方人的特征。

我国科学家的努力改写了这一现状。

中国科学院自动化研究所脑网络组研究中心蒋田仔团队联合国内外其他团队,经过6年努力,成功绘制出全新的人类脑图谱:脑网络组图谱。该图谱包括246个精细脑区亚区,以及脑区亚区间的多模态连接模式,突破了100多年来传统脑图谱绘制思想,引入了脑结构和功能连接信息对脑区进行精细划分和脑图谱绘制的全新思想和方法,比传统的Brodmann图谱精细4倍至5倍,具有客观精准的边界定位,第一次建立了宏观尺度上的活体全脑连接图谱。5月底,全脑精细分区图谱及其全脑连接图谱在国际学术期刊《大脑皮层》上在线发表,连日来引起国际学术界的广泛关注。

新技术+新思想

人类脑图谱是理解脑的结构和功能的基石。脑图谱是脑科学、神经解剖学、神经影像学、认知科学和心理学等学科的基础,是脑结构和功能研究的必需工具。新图谱的出现,其基石是新的成像技术和新的绘图思想。

近30年来,以非侵入性磁共振技术为代表的一批成像技术可以无创地对人脑以前所未有的时空分辨率进行成像。利用磁共振成像技术在获取大样本活体脑影像的基础上,能够对脑结构和功能区进行精细划分,并制作出适用活体个体的脑图谱。但目前已有的一些基于磁共振图像构建的脑图谱,在脑区划分上主要基于沟回拓扑分布,且脑区定义非常粗糙,甚至存在明显错误,很难与脑的功能解剖相对应。

自动化所脑网络组研究中心突破传统脑图谱绘制的瓶颈,提出了“利用脑结构和功能连接信息”绘制脑网络组图谱的思想。自2010年起,该团队在科技部、国家自然科学基金委以及中科院战略性先导科技专项的资助下,联合国内多家综合性医院及研究院所,对脑网络组图谱的绘制方法和功能验证进行系统研究,对脑网络组图谱使用需要的工具和软件进行了全面评测。

经过6年努力,我国科学家领衔绘制出的脑网络组图谱,不仅包含了精细的大脑皮层脑区与皮层下核团亚区结构,而且载体定量描绘了不同脑区亚区的解剖与功能连接模式,并对每个亚区进行了细致的功能描述。

新图谱有什么用

这种全新的脑网络组图谱能起到哪些作用呢?

它让我们更好地认识人类大脑。

脑网络组图谱能够提供每个亚区的结构和功能连接模式,从而明确每个亚区的组织模式及功能意义,这为在宏观尺度上研究脑与行为的关系提供了不可或缺的工具,将加深对于人类精神和心理活动的认识,为理解人脑结构和功能开辟了新途径,并对未来类脑智能系统的设计提供重要的启示。

它能让临床神经精神疾病治疗技术取得跨越式发展。

脑网络组图谱能够提供个体化的精细脑区亚区以及定量的连接模式,不仅可为神经及精神疾病的新型治疗技术提供准确的定位,而且还将为脑中风损伤区域及癫痫病灶的定位、神经外科手术中的脑胶质瘤的精确切除以及对功能脑区更严格有效的保护作出贡献,从而能够极大程度地推动此类技术在临床神经精神疾病治疗的应用,提高诊断质量与治疗效果。

总之,脑网络组图谱的构建将引领人类脑图谱未来发展从标本走向活体,从粗糙走向精细,从单一的解剖结构描述到集成结构、功能和连接模式等多种知识的综合描述,为实现脑科学和脑疾病研究的源头创新提供基础。

目前,我国科学家领衔绘制的脑网络组图谱已经在其门户网站上开放共享,以在线显示以及软件下载的方式,提供给国内外相关研究领域的科研人员和临床医生免费使用。

脑网络组图谱已经引起国内外同行的高度关注,欧盟人脑计划、国际神经信息学协调委员会等都已经或者即将发布这一新图谱。此外,一些国际著名神经影像分析软件平台,如SPM,FSL等都将脑网络组图谱作为主要人类脑图谱提供给用户使用。

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