1000億個(gè)神經(jīng)元遍布大腦，它們?nèi)绾芜B接并有序工作，科學(xué)家一直在探索其中的奧秘。隨著全球老齡化加快，阿爾茨海默病、帕金森病等神經(jīng)退行性疾病日益成為關(guān)注焦點(diǎn)，腦科學(xué)研究熱潮席卷而來。

瞄準(zhǔn)三大疾病，臨床研究不斷進(jìn)步

2013年，美國(guó)和歐盟分別提出“通過推動(dòng)創(chuàng)新型神經(jīng)技術(shù)開展大腦研究計(jì)劃”和“人腦計(jì)劃”，2014年日本啟動(dòng)了“腦智計(jì)劃”。我國(guó)緊隨其后提出“一體兩翼”的中國(guó)腦計(jì)劃，以腦認(rèn)知或腦網(wǎng)絡(luò)為“一體”，“兩翼”則分別是類腦和腦疾病。以期在未來15年內(nèi)使我國(guó)的腦科學(xué)處于國(guó)際前沿地位，并于2015年在北京、上海成立兩大腦科學(xué)研究基地。

“與歐、美、日啟動(dòng)的腦計(jì)劃相比，中國(guó)腦計(jì)劃契合百姓需要，瞄準(zhǔn)幼年期自閉癥和智障、中年期抑郁癥和成癮、老年期的退行性腦疾病這3類問題。目前,科學(xué)界對(duì)這3種重大腦疾病病因仍不了解，治療措施也十分缺乏，是未來研究的重中之重。”首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院副院長(zhǎng)吉訓(xùn)明教授介紹，我國(guó)在腦靜脈病變引起的腦老化、認(rèn)知障礙、睡眠問題、抑郁癥等方面已有一批臨床研究成果。

2016年，在美國(guó)斯坦福大學(xué)召開的衰老與疾病國(guó)際大會(huì)上，首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院研發(fā)出的完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)國(guó)際首創(chuàng)的新技術(shù)儀器受到追捧。“老年血管性老年癡呆目前沒有公認(rèn)的有效治療方法，我們基于臨床實(shí)踐開發(fā)出早期干預(yù)的物理新技術(shù)儀器，可改善患者認(rèn)知障礙，實(shí)現(xiàn)腦功能保護(hù)。臨床研究顯示，這一設(shè)備可以大幅降低顱內(nèi)動(dòng)脈狹窄所致缺血性腦卒中的發(fā)生率和復(fù)發(fā)率。”吉訓(xùn)明介紹。

據(jù)了解，美國(guó)國(guó)家航空航天局也在開發(fā)類似儀器，用于航天員訓(xùn)練，但還未通過美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)。在這次會(huì)議上，美國(guó)科研人員主動(dòng)要求與中國(guó)合作，共同申請(qǐng)美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院的相關(guān)科研課題。“目前，該儀器獲得了美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局的臨床器械研究豁免，允許該技術(shù)和儀器在美國(guó)開展臨床試驗(yàn)。”從事該技術(shù)研發(fā)的宣武醫(yī)院科研處尹志臣介紹。

腦圖譜加人工智能，反哺現(xiàn)有診斷技術(shù)

要實(shí)現(xiàn)對(duì)腦疾病的早期診斷和干預(yù)，必須深入了解腦認(rèn)知功能和神經(jīng)基礎(chǔ)。在這個(gè)過程中，腦圖譜是不可或缺的重要工具。中科院心理所認(rèn)知與發(fā)展心理學(xué)研究室嚴(yán)超贛研究員打了個(gè)比方，“科研就像在森林里尋找寶藏，有地圖指引就方便了很多，腦圖譜的作用就在于此。神經(jīng)連接圖譜對(duì)于理解人類大腦功能，對(duì)重要心理功能進(jìn)行生理定位、指導(dǎo)外科手術(shù)都有巨大的作用。”

嚴(yán)超贛介紹，目前對(duì)于人腦完成繪制的只是宏觀層面的連接圖譜。利用功能磁共振信息制作的“功能圖譜”是近幾年的熱門研究領(lǐng)域。其中，中科院自動(dòng)化所蔣田仔研究員率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)利用彌散張量成像技術(shù)，利用腦的結(jié)構(gòu)和功能連接信息，制作了一版全新的包含246個(gè)精細(xì)亞區(qū)的腦圖譜，在國(guó)際上很有影響力。

長(zhǎng)期從事腦功能影像計(jì)算方法、靜息態(tài)功能磁共振、腦自發(fā)活動(dòng)及其在腦疾病中的應(yīng)用等相關(guān)研究的嚴(yán)超贛實(shí)驗(yàn)室正在聯(lián)合全國(guó)17家醫(yī)院25位專家建設(shè)重性抑郁癥的磁共振大數(shù)據(jù)庫。“我們希望建立抑郁癥全腦靜息態(tài)活動(dòng)異常概率圖譜，提取重要分類特征，反哺現(xiàn)有診斷手段，為臨床抑郁癥早期診斷提供幫助。”嚴(yán)超贛說。

據(jù)介紹，機(jī)器學(xué)習(xí)算法已經(jīng)在圖像的分割識(shí)別、疾病輔助診斷等方面發(fā)揮了很大作用。威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院研究人員利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法提取重性抑郁患者的生物標(biāo)記，并從數(shù)據(jù)出發(fā)把重性抑郁患者分為4個(gè)亞型，利用分類器對(duì)抑郁患者和正常對(duì)照進(jìn)行分類，能得到接近90%的正確率。嚴(yán)超贛指出，在腦科學(xué)中，深度學(xué)習(xí)對(duì)于腦自發(fā)活動(dòng)異常機(jī)制研究，計(jì)算機(jī)輔助診斷、治療方案選擇和療效評(píng)估中都有很大的潛力。

期待合作共享，加快成果轉(zhuǎn)化落地

“腦重大疾病研究可望建立早期診斷與早期干預(yù)的技術(shù)體系，而類腦研究和腦機(jī)智能技術(shù)是未來高科技領(lǐng)域的關(guān)鍵，類腦計(jì)算系統(tǒng)的突破將推動(dòng)我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)并帶動(dòng)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、金融及國(guó)防等領(lǐng)域的跨越式發(fā)展。”中科院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心副主任、中科院自動(dòng)化所所長(zhǎng)徐波研究員介紹，在類腦研究領(lǐng)域，目前，我國(guó)在計(jì)算機(jī)視覺、語音識(shí)別、機(jī)器翻譯和自然語言理解等領(lǐng)域已達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平。同時(shí)，我國(guó)也在深度學(xué)習(xí)芯片體系架構(gòu)方面有所創(chuàng)新，并在類腦智能機(jī)器人方面率先進(jìn)行了布局。

嚴(yán)超贛指出，目前，缺乏具有大樣本量的、有著嚴(yán)格質(zhì)量控制的、有著豐富行為學(xué)人口學(xué)和臨床測(cè)量的數(shù)據(jù)庫成為掣肘深度學(xué)習(xí)在腦科學(xué)中開花結(jié)果的最大障礙。“要想真正實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)的共享，需要探索建立一個(gè)真正互利共享的數(shù)據(jù)共享機(jī)制，開發(fā)一套切實(shí)可行易用的數(shù)據(jù)共享軟件平臺(tái)，建立一個(gè)數(shù)據(jù)共享機(jī)制的運(yùn)行團(tuán)隊(duì)。”

而臨床科研靈感多來自于醫(yī)生。“如何把醫(yī)生的想法變成惠及民生的產(chǎn)品是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。”吉訓(xùn)明說。