美國人腦連接組項目：全新腦掃描技術可進行身份鑒定

知識 07-01

美國衛生研究院（NIH）的全人腦神經圖項目 HCP 目前已取得相當多的成果，包括數百人的腦掃描數據和 Connectom 掃描儀。而且該掃描儀實現了影片《少數派報告》里展示的技術，掃描出的個人腦部活動和指紋一樣，具有唯一性，可用來鑒定個人身份，精確率達到 99%。

圖片來源：Anastasia Yendiki 和 Viviana Siless/哈佛大學/MGH

七年前，美國國家衛生研究院（NIH）決定繪製出人類大腦中所有的神經連接圖。2010 年，人腦連接組項目（Human Connectome Project（HCP））成立。該項目已經為兩個合作聯盟提供了 4000 萬美元資金，這兩個聯盟以獲取和分享人腦結構和功能連接的高解析度數據為目標。聯盟研究員從一個前所未有的角度，理解人類的神經通路，以及引起人類疾病的神經通路變化。

在國家衛生研究院（NIH）最近的一個研討會上，HCP 的頂級研究員聚在一起討論這個項目的新成果和未來方向。到目前為止，該聯盟已經放出了數百個人腦掃描數據，這些數據已經被用於 140 多篇科學出版物中。更重要的是，這個項目已經有了新技術，包括磁共振（MR）硬體，比如高性能掃描儀和定製頭線圈。此外，還有一些分析、可視化和分享神經圖像數據拍位元組的軟體。

HCP 項目的人腦掃描實現了影片《少數派報告》里展示的技術。一個人的人腦活動，跟指紋一樣，是唯一的，可用來鑒定個人身份，精確率達到 99%。HCP 的數據可以讓研究員使用腦掃描預測某人在智力測試和記憶和閱讀任務中的表現。國立生物醫學影像與生物工程研究所所長 Roderic Pettigrew 承認，「這有點嚇人。」

聯盟之一，華盛頓大學聖路易斯分校和明尼蘇達大學合作方現已完成 1200 個健康成人的腦掃描。本周，他們將上傳並向所有神經學家開放最新數據。據項目負責人華盛頓大學的 David Van Essen 介紹，到目前為止，已有 5600 多人進入該資料庫，資料庫中有 9.5 拍位元組的圖像數據，包括掃描人腦休息或工作時的活動圖，大腦皮質褶皺的形狀和尺寸信息，局部和長神經纖維穿越腦白質的軌跡等等。

為了收集這些數據，HCP 小組率先使用多波段（multiband）方法，同時掃描大腦的三個部分，而這以前是逐一掃描的。採用這種方法，放射科醫生能獲得高解析度圖像，速度是傳統 MRI 機器的 8 倍。Van Essen 在研討會上說，「這給我們帶來了更多更高質量的數據。」

另一個聯盟負責人，馬薩諸塞總醫院的 Bruce Rosen說，該技術現在也可用在常規成像上。「這將對外科和常規MR產生深遠的影響。」

美國人腦連接組項目：全新腦掃描技術可進行身份鑒定

該掃描儀用了 22 兆瓦的電力，這是核潛艇級別的。

Rosen 的團隊來自馬薩諸塞總醫院和加州大學洛杉磯分校，他們已經建立一個自定義核磁共振成像掃描儀「Connectom」。掃描儀使用強磁場來跟蹤大腦中的腦白質運動，目前放在馬薩諸塞總醫院。這種擴散的核磁共振成像掃描出的腦網路可視化圖像的細節水平高於傳統 MRI 掃描儀成像水平的 10 倍，速度也快很多。高解析度的 3D 圖像過去需要 24 小時才能出圖。現在 1 小時內就能出圖。能有如此高的解析度和速度，是因為用了 22 兆瓦的電力，相當於核潛艇級別。Rosen 說「在狹小空間內的巨大電流，需要大量的水來冷卻。」

HCP 項目成果生成了預期數量的健康中年成人基線數據。現在可以來看看其他類型大腦內的連接通路。研究的下一步將會評估從嬰兒到老人各個年齡階段和患各種病的人的腦內連接。比如，斯坦福大學的一個團隊正在使用 HCP 的技術解剖創傷性昏迷患者的大腦，看看他們能不能預測病人是否會恢復以及如何恢復。在馬薩諸塞總醫院，放射科醫生使用Connectom 掃描儀檢查多發性硬化症患者的腦部病變微結構。

Van Essen 說，HCP 會幫助我們理解大腦如何進行如此驚人的工作，但同時又很容易受嚴重病變。Van Essen 說，「這算是一個世紀挑戰，甚至是千年難題。」

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