中國(guó)科學(xué)家繪制出全新人類腦圖譜

        中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所腦網(wǎng)絡(luò)組研究中心蔣田仔團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外其它團(tuán)隊(duì)通過6年的努力，成功繪制出全新的人類腦圖譜：腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜。該圖譜包括246個(gè)精細(xì)腦區(qū)亞區(qū)，以及腦區(qū)亞區(qū)間的多模態(tài)連接模式，突破了100多年來傳統(tǒng)腦圖譜繪制思想，引入了腦結(jié)構(gòu)和功能連接信息對(duì)腦區(qū)進(jìn)行精細(xì)劃分和腦圖譜繪制的全新思想和方法，比傳統(tǒng)的Brodmann圖譜精細(xì)4-5倍，具有客觀的邊界定位，次建立了宏觀尺度上的活體全腦連接圖譜。自2011年以來，這項(xiàng)系統(tǒng)性研究工作的部分成果陸續(xù)在Journal of Neuroscience， Cerebral Cortex， Human Brain Mapping等本領(lǐng)域刊物上發(fā)表，累計(jì)20余篇。近日，全腦精細(xì)分區(qū)圖譜及其全腦連接圖譜在Cerebral Cortex上在線發(fā)表（題為：The Human Brainnetome Atlas： A New Brain Atlas ba[x]sed on Connectional Architecture）， 引起國(guó)際學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注。 
        人類腦圖譜是理解腦的結(jié)構(gòu)和功能的基石。腦圖譜的發(fā)展由腦科學(xué)自身發(fā)展及神經(jīng)技術(shù)的重大突破等因素共同驅(qū)動(dòng)，經(jīng)歷了不同的歷史階段。目前常用的腦圖譜還是100多年前德國(guó)神經(jīng)科學(xué)家Brodmann在單個(gè)人的尸體組織標(biāo)本上利用細(xì)胞構(gòu)筑繪制的腦圖譜，即Brodmann圖譜，雖然國(guó)外有些實(shí)驗(yàn)室試圖利用超薄切片技術(shù)、染色技術(shù)以及顯微觀察技術(shù)，基于腦標(biāo)本的超薄切片構(gòu)建細(xì)胞構(gòu)筑概率腦圖譜，希望在一定程度上細(xì)化Brodmann分區(qū)，但是由于不能針對(duì)特定個(gè)體進(jìn)行腦區(qū)劃分，而且耗時(shí)耗力，其應(yīng)用一定程度上受到限制。 
        近三十年來，以非侵入性磁共振技術(shù)為代表的一批成像技術(shù)可以在體、無創(chuàng)地對(duì)人腦以前所未有的時(shí)空分辨率進(jìn)行成像，可以測(cè)量包括腦的形狀和大小，連接腦不同區(qū)域的神經(jīng)纖維，以及腦不同回路或通路的功能活動(dòng)變化等等。利用磁共振成像技術(shù)在獲取大樣本活體腦影像的基礎(chǔ)上，能夠?qū)δX結(jié)構(gòu)和功能區(qū)進(jìn)行精細(xì)劃分并制作出適用活體個(gè)體的腦圖譜。目前雖然已經(jīng)有一些基于磁共振圖像構(gòu)建的腦圖譜，但是基本都是基于結(jié)構(gòu)磁共振成像，在腦區(qū)劃分上主要基于溝回拓?fù)浞植?，而且腦區(qū)定義非常粗糙，甚至存在明顯的錯(cuò)誤，很難與腦的功能解剖相對(duì)應(yīng)。 
        自動(dòng)化所腦網(wǎng)絡(luò)組研究中心突破傳統(tǒng)腦圖譜繪制的瓶頸，提出了“利用腦結(jié)構(gòu)和功能連接信息”繪制腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜的思想。自2010年以來，該團(tuán)隊(duì)在科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委以及中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的資助下，聯(lián)合國(guó)內(nèi)多家綜合性醫(yī)院及研究院所對(duì)腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜的繪制方法和功能驗(yàn)證進(jìn)行系統(tǒng)的研究，對(duì)腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜使用需要的工具和軟件進(jìn)行了全面的評(píng)測(cè)。腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜已經(jīng)在其門戶網(wǎng)站上(http：//atlas.brainnetome.org) 開放共享，以在線顯示以及軟件下載的方式提供給國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究領(lǐng)域的科研人員和臨床醫(yī)生免費(fèi)使用。 
        目前，腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)外同行的高度關(guān)注，例如歐盟人腦計(jì)劃（Human Brain Project， HBP）即將在其神經(jīng)信息平臺(tái)(Neuroinformatics Platform， NIP)公開發(fā)布該圖譜，國(guó)際神經(jīng)信息學(xué)協(xié)調(diào)委員會(huì)（International Neuroinformatics Coordinating Facility，INCF）已在時(shí)間在線發(fā)布了人類腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜(https：//scalablebrainatlas.incf.org/human/BNA)。此外，一些國(guó)際神經(jīng)影像分析軟件平臺(tái)，如SPM，F(xiàn)SL等都將腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜作為主要人類腦圖譜提供給用戶使用。 
        腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜不僅包含了精細(xì)的大腦皮層腦區(qū)與皮層下核團(tuán)亞區(qū)結(jié)構(gòu)，而且在體定量描繪了不同腦區(qū)亞區(qū)的解剖與功能連接模式，并對(duì)每個(gè)亞區(qū)進(jìn)行了細(xì)致的功能描述。腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜的構(gòu)建將引領(lǐng)人類腦圖譜未來發(fā)展從標(biāo)本走向活體，從粗糙走向精細(xì)，從單一的解剖結(jié)構(gòu)描述到集成結(jié)構(gòu)、功能和連接模式等多種知識(shí)的綜合描述，為實(shí)現(xiàn)腦科學(xué)和腦疾病研究的源頭創(chuàng)新提供基礎(chǔ)。腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜能夠提供每個(gè)亞區(qū)的結(jié)構(gòu)和功能連接模式，從而明確每個(gè)亞區(qū)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(guān)系提供了不可或缺的工具，將加深對(duì)于人類精神和心理活動(dòng)的認(rèn)識(shí)，為理解人腦結(jié)構(gòu)和功能開辟了新途徑，并對(duì)未來類腦智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供重要的啟示。此外，腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜能夠提供的個(gè)體化的精細(xì)腦區(qū)亞區(qū)以及定量的連接模式，不僅為神經(jīng)及精神疾病的新型治療技術(shù)提供準(zhǔn)確的定位，而且還將為腦中風(fēng)損傷區(qū)域及癲癇病灶的定位、神經(jīng)外科手術(shù)中的腦膠質(zhì)瘤的精確切除、以及對(duì)功能腦區(qū)更嚴(yán)格有效的保護(hù)做出貢獻(xiàn)，從而能夠極大程度的推動(dòng)此類技術(shù)在臨床神經(jīng)精神疾病治療的應(yīng)用，提高診斷質(zhì)量與治療效果。 
        腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜是人類腦圖譜發(fā)展和神經(jīng)技術(shù)進(jìn)步的必然趨勢(shì)，是腦科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)等相關(guān)學(xué)科取得突破的關(guān)鍵，它能為解析神經(jīng)及精神疾病神經(jīng)環(huán)路的結(jié)構(gòu)和功能異常，并為發(fā)展新一代診斷、治療技術(shù)方法奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

        人類腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜：包括246個(gè)精細(xì)腦區(qū)亞區(qū)，以及腦區(qū)亞區(qū)間的多模態(tài)連接模式