我科學家領銜繪製全新人類腦圖譜比傳統圖譜精細4倍至5倍

知識 07-23

研究團隊繪製出的腦網路組圖譜。（資料圖片）

大腦是人體最精密的器官，但人類對這個器官的了解還遠遠不夠。

比如目前國際上最常用的腦圖譜「Brodmann圖譜」，還是100多年前德國神經科學家Brodmann在單個人的屍體組織標本上利用細胞構築繪製的。之後雖然陸續出現了許多類型的腦圖譜，但存在眾多問題：有些腦圖譜未考慮個體變異；基於細胞構築學構建的腦圖譜仍然是對屍體標本的研究，而且只包含局部的分區信息；許多功能複雜的腦區的功能亞區邊界並不明確；現有的大部分腦圖譜基本來源於西方人的數據，不具備東方人的特徵。

我國科學家的努力改寫了這一現狀。

中國科學院自動化研究所腦網路組研究中心蔣田仔團隊聯合國內外其他團隊，經過6年努力，成功繪製出全新的人類腦圖譜：腦網路組圖譜。該圖譜包括246個精細腦區亞區，以及腦區亞區間的多模態連接模式，突破了100多年來傳統腦圖譜繪製思想，引入了腦結構和功能連接信息對腦區進行精細劃分和腦圖譜繪製的全新思想和方法，比傳統的Brodmann圖譜精細4倍至5倍，具有客觀精準的邊界定位，第一次建立了宏觀尺度上的活體全腦連接圖譜。5月底，全腦精細分區圖譜及其全腦連接圖譜在國際學術期刊《大腦皮層》上在線發表,連日來引起國際學術界的廣泛關注。

新技術+新思想

人類腦圖譜是理解腦的結構和功能的基石。腦圖譜是腦科學、神經解剖學、神經影像學、認知科學和心理學等學科的基礎，是腦結構和功能研究的必需工具。新圖譜的出現，其基石是新的成像技術和新的繪圖思想。

近30年來，以非侵入性磁共振技術為代表的一批成像技術可以無創地對人腦以前所未有的時空解析度進行成像。利用磁共振成像技術在獲取大樣本活體腦影像的基礎上，能夠對腦結構和功能區進行精細劃分,並製作出適用活體個體的腦圖譜。但目前已有的一些基於磁共振圖像構建的腦圖譜，在腦區劃分上主要基於溝回拓撲分布，且腦區定義非常粗糙，甚至存在明顯錯誤，很難與腦的功能解剖相對應。

自動化所腦網路組研究中心突破傳統腦圖譜繪製的瓶頸，提出了「利用腦結構和功能連接信息」繪製腦網路組圖譜的思想。自2010年起，該團隊在科技部、國家自然科學基金委以及中科院戰略性先導科技專項的資助下，聯合國內多家綜合性醫院及研究院所,對腦網路組圖譜的繪製方法和功能驗證進行系統研究，對腦網路組圖譜使用需要的工具和軟體進行了全面評測。

經過6年努力，我國科學家領銜繪製出的腦網路組圖譜，不僅包含了精細的大腦皮層腦區與皮層下核團亞區結構，而且載體定量描繪了不同腦區亞區的解剖與功能連接模式，並對每個亞區進行了細緻的功能描述。

新圖譜有什麼用

這種全新的腦網路組圖譜能起到哪些作用呢？

它讓我們更好地認識人類大腦。

腦網路組圖譜能夠提供每個亞區的結構和功能連接模式，從而明確每個亞區的組織模式及功能意義，這為在宏觀尺度上研究腦與行為的關係提供了不可或缺的工具，將加深對於人類精神和心理活動的認識，為理解人腦結構和功能開闢了新途徑，並對未來類腦智能系統的設計提供重要的啟示。

它能讓臨床神經精神疾病治療技術取得跨越式發展。

腦網路組圖譜能夠提供個體化的精細腦區亞區以及定量的連接模式，不僅可為神經及精神疾病的新型治療技術提供準確的定位，而且還將為腦中風損傷區域及癲癇病灶的定位、神經外科手術中的腦膠質瘤的精確切除以及對功能腦區更嚴格有效的保護作出貢獻，從而能夠極大程度地推動此類技術在臨床神經精神疾病治療的應用，提高診斷質量與治療效果。

總之，腦網路組圖譜的構建將引領人類腦圖譜未來發展從標本走向活體，從粗糙走向精細，從單一的解剖結構描述到集成結構、功能和連接模式等多種知識的綜合描述，為實現腦科學和腦疾病研究的源頭創新提供基礎。

目前，我國科學家領銜繪製的腦網路組圖譜已經在其門戶網站上開放共享，以在線顯示以及軟體下載的方式,提供給國內外相關研究領域的科研人員和臨床醫生免費使用。

腦網路組圖譜已經引起國內外同行的高度關注，歐盟人腦計劃、國際神經信息學協調委員會等都已經或者即將發布這一新圖譜。此外，一些國際著名神經影像分析軟體平台，如SPM，FSL等都將腦網路組圖譜作為主要人類腦圖譜提供給用戶使用。(經濟日報記者佘惠敏)