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自动化研究所绘制出全新人类脑图谱


本文摘要:中国科学院自动化研究所脑网络组研究中心蒋田仔团队牵头国内外其它团队通过6年的希望,顺利绘制出有全新的人类脑图谱:脑网络组图谱。

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中国科学院自动化研究所脑网络组研究中心蒋田仔团队牵头国内外其它团队通过6年的希望,顺利绘制出有全新的人类脑图谱:脑网络组图谱。该图谱还包括246个细致脑区亚区,以及脑区亚区间的多模态相连模式,突破了100多年来传统脑图谱绘制思想,引进了脑结构和功能相连信息对脑区展开细致区分和脑图谱绘制的全新思想和方法,比传统的Brodmann图谱细致4-5倍,具备客观精准的边界定位,第一次创建了宏观尺度上的活体全脑相连图谱。自2011年以来,这项系统性研究工作的部分成果相继在Journal of Neuroscience, Cerebral Cortex, Human Brain Mapping 等刊物上公开发表,总计20余篇。近日,全脑细致分区图谱及其全脑相连图谱在Cerebral Cortex上在线公开发表(为题:The Human Brainnetome Atlas: A New Brain Atlas Based on Connectional Architecture),引发国际学术界普遍注目。

  人类脑图谱是解读脑的结构和功能的基石。脑图谱的发展由脑科学自身发展及神经技术的重大突破等因素联合驱动,经历了有所不同的历史阶段。目前最常用的脑图谱还是100多年前德国神经科学家Brodmann在单个人的尸体的组织标本上利用细胞构筑绘制的脑图谱,即Brodmann图谱,虽然国外有些实验室企图利用超薄切片技术、染色技术以及显微镜仔细观察技术,基于脑标本的超薄切片建构细胞构筑概率脑图谱,期望在一定程度上细化Brodmann分区,但是由于无法针对特定个体展开脑区区分,而且耗时耗力,其应用于一定程度上受到限制。

  将近三十年来,以非侵入性磁共振技术为代表的一批光学技术可以在体、无创地对人脑以前所未有的时空分辨率展开光学,可以测量还包括脑的形状和大小,相连脑有所不同区域的神经纤维,以及脑有所不同电路或通路的功能活动变化等。利用磁共振光学技术在提供大样本活体脑影像的基础上,需要对脑结构和功能区展开细致区分并制作出有限于活体个体的脑图谱。目前虽然早已有一些基于磁共振图像建构的脑图谱,但是基本都是基于结构磁共振光学,在脑区区分上主要基于沟回流形产于,而且脑区定义十分坚硬,甚至不存在显著的错误,很难与脑的功能解剖学比较不应。

  自动化所脑网络组研究中心突破传统脑图谱绘制的瓶颈,明确提出了利用脑结构和功能相连信息绘制脑网络组图谱的思想。自2010年以来,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检验展开系统的研究,对脑网络组图谱用于必须的工具和软件展开了全面的评测。  脑网络组图谱不仅包括了细致的大脑皮层脑区与皮层下核团亚区结构,而且在体定量刻画了有所不同脑区亚区的解剖学与功能相连模式,并对每个亚区展开了精细的功能叙述。

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脑网络组图谱的建构将引导人类脑图谱未来发展从标本南北活体,从坚硬南北细致,从单一的解剖学结构叙述到构建结构、功能和相连模式等多种科学知识的综合叙述,为构建脑科学和脑疾病研究的源头创意获取基础。脑网络组图谱需要获取每个亚区的结构和功能相连模式,从而具体每个亚区的的组织模式及功能意义,这为在宏观尺度上研究脑与不道德的关系获取了不可或缺的工具,将加剧对于人类精神和心理活动的了解,为解读人脑结构和功能修筑了新途径,并对未来类脑智能系统的设计获取最重要的救赎。此外,脑网络组图谱需要获取的个体化的细致脑区亚区以及定量的相连模式,不仅为神经及精神疾病的新型化疗技术获取精确的定位,而且还将为脑中风受损区域及癫痫病灶的定位、神经外科手术中的脑胶质瘤的准确手术、以及对功能脑区更加严苛有效地的维护作出贡献,从而需要很大程度地推展此类技术在临床神经精神疾病化疗的应用于,提升临床质量与化疗效果。  脑网络组图谱是人类脑图谱发展和神经技术变革的必然趋势,是脑科学、认知科学、理解心理学等涉及学科获得突破的关键,它能为解析神经及精神疾病神经环路的结构和功能出现异常,并为发展新一代临床、化疗技术方法奠下扎实的基础。


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