依托大数据时代,中国脑计划即将起航 来点评

《来点评》栏目立足于领域前沿研究,并邀知名专家/一线临床医生分享精彩见解,旨在为国内同仁搭建桥梁,实现研究成果向临床实践的转化。

本期《来点评》,我们邀请到了河北医科大学第一医院神经内科 王铭维主任医师,针对一项探讨全球脑科学研究项目,尤其是中国脑科学研究项目的研究进行点评。

随着人类对大脑研究的逐步深入以及大数据时代的高度信息化,脑科学已成为21世纪最前沿的研究领域。脑科学的研究成果不仅有助于神经精神疾病的防治,还将成为串联神经科学、计算科学、信息科学、医学、科学哲学等学科的“纵贯线”。

人类对脑与心智的探索延续了数千年。从公元400年前,希波克拉底(Hippocrates)首次提出脑是人类行为的中枢;到1819年,德国医生Franz Joseph Gal基于颅相学,凭借假象绘制了人类首张“脑图谱”;再到19-20世纪对大脑功能模块化区分的认识加深以及布罗德曼分区的发现,人类开启了大脑“结构-功能”链接图谱的里程碑式探索。近30年来,全球各国相继开展了多个脑科学项目,对大脑数字化模拟、大脑皮质解剖与细胞结构、大脑连接等维度进行了初步探索。

最近5年全球已进入大数据时代,各国的脑科学研究项目在研究视角、学科交叉等方面更上一层楼,实现了重建和模拟神经环路(基于计算机)、精准定位大脑解剖结构位置与神经影像学坐标、探索神经元动态性功能连接、了解人工智能等宏伟愿景。具体的领航项目包括欧洲人类脑计划(HBP)、欧洲大脑科学项目(BigBrain)、美国脑活动图谱(BAM)、澳大利亚脑科学项目(Aus Brain)以及日本脑科学项目(Brain/MINDS)等。

在其他各国研究的基础上,中国脑计划也在逐步酝酿、落实与发展。早在2009年,China-Brain项目已致力于神经网络调节的人工智能研究。2010年蒋田仔教授及其团队启动Brainnetome项目,也涉及到大脑连接图谱、重建脑网络、脑网络相关生物学标记、联合基因组学尝试探索疾病的发生机制等方面的探索。到2012年时,脑与认知科学已被列为我国重点学科。郭爱克院士也提出“脑功能连接图谱计划”,致力于完整地描述认知功能相关的神经网络。

2013-2015年国家层面的脑科学项目已然在孕育之中。2015年3月和2016年5月在瑞士洛桑举行的脑科学论坛上,叶玉如教授和蒲慕明教授分别介绍了中国脑科学项目(China Brain Science Proiect,CBSP),并表明将整合国家资源用于研究人类健康大脑。CBSP的3个主要研究目的可概括为“一体两翼”。

1. “一体”为发展脑科学研究平台,提升对五大认知功能的脑回路的理解:感知觉、学习与记忆、多感觉整合和运动控制、注意和决策、同情思考和语言。目前CBSP基础研究平台的搭建已初具雏形。

2.“两翼”:(1)开发“脑一机”智能技术与装备:包括新一代“脑-机”对接的记录与刺激、电/磁/超声对大脑活动的调节、类脑神经网络模型的构建;(2)开发诊断、预防与治疗脑疾病的有效方法:研究集中在发育性障碍、情感性精神障碍、重性精神疾病和神经退行性疾病。

大数据时代下,人类脑科学项目将会寻着人类基因组计划的轨迹,将项目进展中获得的新知识和开发的新工具转化为高效、可靠、高性价比的各类技术,并尝试在临床个体水平对神经精神疾病等有更为深入的了解,并进行精准治疗/疗效评定的尝试。期待中国脑计划项目对临床医学、新兴科技等领域带来深远影响。

文献索引:路翰娜.大数据时代下全球脑科学研究项目介绍.中华精神科杂志.2017;50(2):157-160.

(专家按姓氏首字母排序,排名不分先后)

大数据时代背景下如何开展脑科学研究是全球脑科学工作者关注的前沿问题,很多国家已制定了自己的脑科学计划,并在实施过程中摸索总结了一定的经验。本综述从宏观角度为我们列举了全球脑科学的发展历程中的代表性事件,并展示了目前全球脑科学领域的领航项目,有助于提高我们对脑科学发展史的认识;同时也介绍了最近新兴起的中国脑计划项目,提出了中国在大数据时代发展脑科学可能面临的问题及其对未来的影响,是一篇具有一定指导意义的综述。

全球脑科学研究与项目亟待发展,相信具有十分光明的前景。该领域之于人类的作用包括“认识脑(阐明脑功能)”、“保护脑(征服脑疾病)”和“创造脑(开发人工智能)”,这三者对于人类脑科学的全面研究都是不可缺少的方向。

从目前神经科学的研究水平看来,我们在“认识脑”和“保护脑”方面已经付出了大量的探索,也获得了大量公认的知识和信息。虽然目前已在阐明大脑的基本功能,以及诊治病因病机明确的脑疾病方面积累了丰富经验,但是在脑的网络联接方面研究,尤其是认知、情感、睡眠,语言在大脑中的相关网络,以及大脑和内分泌、免疫、各器官之间的关系还需要进一步探讨。在涉及某些高级脑功能及某些疑难脑病的诊治方面,需要更加精细化、个体化的研究;其中,人脑的思维加工模式和人脑的主观认识在脑健康和疾病中的作用正在逐渐明朗。

相比较而言,人类在诸如开发人工智能等“创造脑”方面虽然已有了很多初步研究结果,但总体研究水平还不够成熟。随着研究技术手段的迅猛发展,由于大数据能够提供更全面、更广泛的网络化信息,我认为在未来的发展阶段,还需进一步加强“认识脑”的研究,为”保护脑”和“创造脑”打下更为坚实的基础,这样才会征服脑的疾病,使“创造脑”成为可能。

中国脑计划项目对临床医学领域必将产生深远影响。脑是全身疾病的调控中枢,脑的作用不是仅仅停留在脑本身,也不是仅仅影响脑的功能。脑和身体之间的相互影响越来越明朗。在功能性脑疾病及神经退行性疾病(如抑郁症、双相障碍、精神分裂症、精神活性物质成瘾、阿尔茨海默病、帕金森病)研究方面,我们发现,尽管年龄、遗传因素参与了部分脑疾病的发生发展,但是社会环境应激、大脑的加工、继而内分泌的波动、免疫炎症等多种因素都有参与。脑研究打破了临床医学惯有的生物医学思维模式,使之向社会、环境-心理(脑)-生物医学模式转换。因此在临床预防与治疗方面,脑的作用是人体内外环境调节的变压器,脑的完善和健康使人体内环境稳定,疾病的发生发展可控,人体才能保持健康。所以脑计划的进展必将对临床医学、疾病的预防和治疗产生巨大的推动作用。

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