脑网络组图谱，让人脑有了精准“地图”

作者： 中科院自动化所

文章来源于科学大院公众号（ID：kexuedayuan）

人类对生命的探索从未停止，大脑作为人体最复杂的器官，其功能之强大远未被人类所认识。破译大脑秘密，不仅有助于对人类脑疾病的处置，还会对信息和智能产业的发展产生巨大的推动作用。

脑网络组图谱（视频截图）

脑是人体最为复杂的器官。如果想知道大脑是如何工作的，就必须有一个脑图谱，为复杂的脑部研究进行“导航”。中国科学院自动化所研究团队突破传统脑图谱绘制的瓶颈，提出了 “利用脑连接信息”绘制脑网络组图谱的思想，系统建立了新一代人类脑图谱构建所需的脑亚区划分新理论和新方法，完成了脑网络组图谱的全面绘制。

无创磁共振成像技术（视频截图）

近些年来，以非侵入性磁共振技术为代表的一批脑成像技术实现了在体、无创地对人脑，以前所未有的时空分辨率进行成像。特别是弥散张量成像技术的发展，为脑网络组图谱的绘制提供了技术基础。

事实上，该技术是活体显示神经纤维束轨迹的唯一方法，举例来说，如果说磁共振成像是追踪水分子中的氢原子，那么弥散张量成像便是依据水分子移动方向绘制的轨迹图。脑组织中的水分子也在不断地进行着弥散运动，但它不仅受组织细胞本身特征的影响，而且还受细胞内部结构的影响，如白质纤维束。在具有固定排列顺序的组织结构中，如神经纤维束，水分子在各个方向的弥散是不同的，水分子通常更倾向于沿着神经纤维束走行的方向进行弥散，这种具有方向依赖性的弥散即称为弥散的各向异性。

弥散张量成像可以定量地评价脑白质的各向异性，通过计算和模型估计，可以确定脑白质的主方向，进而完成神经纤维束的跟踪，获得其解剖连接信息。

弥散张量成像（视频截图）

首版脑网络组图谱包含了共246个大脑皮层脑区与皮层下核团结构，而且在体定量描绘不同脑区亚区的解剖与功能连接模式。脑网络组图谱的构建将引领人类脑图谱未来发展从标本走向活体，从粗糙走向精细，从单一的解剖结构描述到集成结构、功能和连接模式等多种知识的综合描述，为实现脑科学和脑疾病研究的源头创新提供基础。

脑网络组图谱的解剖连接模式（视频截图）

研究已经表明，只有从整体、从系统的角度来开展脑研究，才有可能真正认识脑的工作原理。以绘制多模态跨尺度脑网络组图谱研究相关的尖端科研仪器开发为代表的脑网络组学研究，将会成为脑科学和脑疾病研究的重要方向，将会为脑科学、脑疾病及类脑计算和智能技术研究带来革命性变化，为人类“认识脑，开发脑，改造脑”提供新途径。

未来围绕脑网络组图谱将会涌现出许多新的前沿领域和多学科交叉研究方向,特别是脑网络组图谱对神经解剖学、认知科学、儿童青少年脑发育和教育、人工智能等领域将会产生重要推动作用。这不仅是前沿基础科学问题，也是国家重大需求，具有重要的社会意义与价值。

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