天桥脑科学研究院

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研究院动态

 

ChatGPT在“智慧涌现”的同时,会不会涌现出情绪?今年4月一项德国研究显示,GPT-3.5在人类常用的焦虑症测试问卷中获得了较高的分数,且被提示诱导进入焦虑情景后,如研究人员所预期的那样产生了特定的决策判断和偏见行为。这是不是意味着,AI有可能经过训练患上焦虑症?

5月25日,在天桥脑科学研究院(Tianqiao & Chrissy Chen Institute, TCCI)举办的首期“AI问脑”对话上,上海市精神卫生中心心理咨询与治疗中心主任仇剑崟主任医师与北京邮电大学人工智能学院副教授陈光就此话题在线交流互动,吸引了近7万人次直播观众。

 

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作为资深精神科医师、心理治疗师,仇剑崟很兴奋地看到,AI这次在情绪认知方面的表现上了一个新台阶。她坦言,自己很期待AI经过专业训练之后能够患上焦虑症,从而帮助医生更好地了解焦虑症的表现,分析背后的相关因素,为找出更多更好的预防、治愈方法打开新思路。

陈光在微博上的ID是@爱可可-爱生活,多年来致力于AI相关领域的研究和分享,获得了广泛关注。他认为,这类模型基于大量的训练数据进行学习和生成文本。用类似填空、接龙的方式训练得到的模型,目前不具备真正的主观意识,没有真正的主观意识、情绪或意愿。而基于人工反馈强化学习(RLHF),AI的确可根据人类对其输出结果的判定和引导,不断调整,逐渐接近人类的倾向,但他认为,目前看来,这种模仿没有超出文本学习和生成的范围,并不会形成稳定、一致的“性格”。

仇剑崟介绍,病理性焦虑是指持续、无具体原因地感到紧张不安,或无现实依据地预感到灾难、威胁或大祸临头感,伴有明显的自主神经功能紊乱及运动性不安,常常伴随主观痛苦感或社会功能受损。国家卫健委2020年统计数据显示,中国焦虑症患病率在5%左右

近年来,医生开始积极尝试将AI技术应用于包括焦虑症在内的精神障碍临床诊疗。目前,AI已经在自杀预防等领域起到积极的辅助作用。随着人机交互的范围从文本拓展到面部表情、身体姿态、语音、心率、体温,甚至是未来的脑机接口,AI将进一步帮助揭示人类情绪背后的生理学机制,成为心理治疗机器人,在社区或医疗资源匮乏的边远地区助力精神卫生诊疗。

陈光从计算机科学的角度观察到,ChatGPT热潮促进AI进入各行各业广泛应用,如果结合精神卫生领域的专业数据对大模型进行“微调”,一方面将帮助AI更好地模拟人类的情绪反应,模拟出一批供医生研究的“精神病人”,另一方面也有望更准确高效地识别出人类的情绪障碍,起到辅助诊疗作用。相关数据的规模是AI技术能否深入精神卫生领域的关键。

仇剑崟和陈光都认为,传统上,医生对精神障碍的认知依赖主观观察。计算精神病学的兴起,推动数据分析、机器学习和人工智能等工具应用于精神障碍的分型诊断、风险预警、预后预测,协助临床诊疗和防治策略制定。而以ChatGPT为代表的大模型AI,将给计算精神病学带来更大的突破,帮助人类进一步打开精神疾病和大脑这两个“黑盒”

结语

TCCI致力于支持全球范围内的脑科学交流,仅2022年就主办、合办、支持了近200场会议,遍及北美、亚洲、欧洲和大洋洲。“AI问脑”是一档新推出的轻型学术交流会议系列,以AI科学家和脑科学家交叉对话为主,探索AI技术与脑科学的双向创新,并对AI自主意识、人类意识上云等公众热议话题进行开放性讨论。

 

TCCI由盛大集团创始人,中国网络游戏、网络文学行业开创者陈天桥、雒芊芊夫妇出资10亿美元创建,聚焦AI+脑科学,支持、推进全球范围内脑科学研究,造福人类。TCCI一期投入5亿元人民币支持中国脑科学研究,与上海周良辅医学发展基金会合作成立上海陈天桥脑健康研究所,与华山医院、上海市精神卫生中心等建立战略合作,设立了应用神经技术前沿实验室、人工智能与精神健康前沿实验室。在国际上,TCCI与加州理工学院合作成立TCCI加州理工研究院。

 

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26

2023-05

 

“面对发展一日千里的AI新技术,作为一名神经外科大夫,我并不担心会失业,更关心如何拥抱AI,更好地服务患者,还能让我们医生早点下班。比如AI辅助问诊、辅助分析大脑影像和脑电数据,制定手术方案等;再比如从AI全新的视角审视,打破人脑研究人脑的主观性障碍,早日攻克脑疾病。”4月9日,由天桥脑科学研究院(TCCI)携手华山医院(国家神经疾病医学中心)、上海市精神卫生中心(国家精神疾病医学中心)联合主办的AI助力攻克脑疾病研讨会上,华山医院院长、TCCI转化中心主任毛颖教授开门见山地说。

会上,来自AI、临床领域的专家进行了积极交流。国家精神疾病医学中心脑健康研究院院长徐一峰教授、上海市精神卫生中心副院长王振教授、上海交通大学心理与行为科学研究院执行院长李卫东教授等参加了会议。

AI+可穿戴设备,

精准医疗即将打通最后一公里

人工智能科学家胡鹏伟博士指出,AI在医疗领域的应用场景极为广泛,目前主要实现三大功能:减轻重复劳动负担、识别人工难以察觉的痕迹和线索,以及在复杂环境中进行线索分析。AI在精准医疗方面也有巨大潜力,GPT的总结与归纳能力在早期检查与诊断、院外情感支持及辅助、大数据分析与模式识别等方面已经显现出强大实力。他预测,凭借AI技术和可穿戴智能设备等的结合创新,精准医疗有望在3~5年内完成它的最后一公里。

解密侵入式脑电, 塑造无限可能

复旦大学附属华山医院神经外科副主任、功能神经外科带头人陈亮教授重点介绍了侵入性脑电数据库的建设以及增强AI技术在脑功能破译中的应用前景。侵入性脑电指的是将电极植入大脑或置于大脑表面,以获取高信噪比的脑电数据。这类数据在神经科学和神经外科领域具有至关重要的价值,因为神经元放电是神经细胞最基本的活动方式。通过建立高密度表面或深部电极,研究人员期望收集更多关于脑电活动的数据。以帕金森病患者为例,临床医生迫切需要通过大量颅内刺激实验来寻找最佳治疗方案,但这种方法对患者造成的负担较重。他希望借助增强AI技术完成耗时且重复性较高的工作,能协助解决尚未解答的科学问题,包括癫痫溯源预警和意识转化。

有望在攻克AD中发挥关键作用

复旦大学附属华山医院神经内科副主任、国家神经疾病医学中心认知障碍方向带头人郁金泰教授指出,为实现AD早期诊断,有必要建立大型队列,尤其是社区队列,以便识别临床前阶段的患者。GPT模型在疾病管理方面的潜力,如搭建疾病管理平台,实现患者个体化病情评估、自动化分析报告、智能随访问答等功能,以提高医疗自动化水平。他也提到,GPT在AD诊疗与研究领域所面临的诸多挑战,如高质量医疗数据的缺乏、数据安全性问题、回答实效性受训练数据影响等。但他同时认为,通过不断深化研究与实践,AI有望在AD领域发挥关键作用。

期待助力解码梦境

复旦大学附属华山医院睡眠障碍诊疗中心执行主任于欢教授强调了睡眠障碍对生活质量的影响,如脑血管意外、痴呆等。目前,多导睡眠监测是睡眠障碍诊断的标准技术,但其成本高且效率低。因此,研究者们期待通过人工智能技术改进诊断方法。于欢教授介绍了梦境研究在睡眠障碍领域的应用,如通过控制梦境提高记忆力。目前已有超过150种编码和计算梦境的方法,研究者们希望借助AI技术制作一个实用性更强的研究工具;同时,开发移动客户端以鼓励个体记录和分享自己的梦境,从而进行更贴近日常生活的梦境研究。

打造抑郁症问诊人机对话助手

上海交通大学计算机科学与工程系吴梦玥副教授认为,开发基于人机对话的抑郁症问诊机器人、以及利用语音和语言特征构建症状与精神疾病知识图谱,是未来抑郁症早诊早治的方向。

她说,很多精神疾病的诊断主要依赖于面对面的问诊和交谈,理论上,模型也应该能够学会这个技能。同时,语音和语言作为客观生物标记物,在DSM-5诊断手册中已经被用于诊断抑郁症等精神疾病。开发基于人机对话的抑郁症问诊机器人,通过深度交流,人机对话能够得到与医生所得到的同样精确的症状描述。她还介绍了如何将语音和语言特征作为可计算、可迁移的方式,以及通过患者的自我表达建立症状和疾病的知识图谱,为多种疾病检测提供了新的思路。

抑郁症早诊早治新探索

上海市精神卫生中心心境障碍科主任彭代辉教授介绍,他正在领导的重大科研项目“抑郁症的前瞻性临床队列研究”旨在收集全国范围内的抑郁症患者数据,创建一个多中心、规范化、标准化的大规模长期病例数据库。

目前,团队通过脑影像学和临床神经心理评估两个维度相结合初步构建了抑郁症脑功能网络诊断与分型模型。他们拟进一步运用数字表型技术,包括音频、视频、脑电和眼动等多维度立体大数据进行特征提取、筛选和建模。他指出,这种多维度立体大数据可能提高抑郁症诊断的精准度,优化筛查评估方法以及风险事件预测;大数据与人工智能技术相结合,在为患者提供敏感和特异的诊疗方案中有着巨大潜力。

解锁基因秘密,挖掘知识图谱

上海交通大学生物医学工程学院林关宁教授展示了通过持续优化GPT的训练和规则设定,将GPT技术应用于心理健康和脑科学研究领域所取得的成果。

在压力、抑郁症和自杀风险检测方面,研究团队通过改进提示工程(Prompt Engineering),实现了GPT准确性的提升,已能初步实现准确的分类和预判。团队还成功地从非结构化文本中提取了结构化信息,通过为GPT提供规定模式,实现了将这些信息规范地存储在数据库中,为未来研究和临床实践提供了宝贵数据。尽管在应用过程中遇到了一些挑战,如API接口局限性等,但林关宁教授相信像GPT等大型语言模型在心理健康和脑科学研究领域将发挥越来越重要的作用,很快将有能力处理除文本语言之外的数据,如影像、脑电、生物组学等多模态的数据,并推理数据之间的内在逻辑。这将为现有的科研范式带来革命性变革,并推动心理健康和脑科学研究领域的快速发展。

作者:刘世义

编辑:lixia

排版:Yunshan

 

21

2023-04

近日,TCCI研究员、复旦大学附属华山医院神经内科郁金泰教授团队通过对818例健康对照、临床前阿尔茨海默病(AD)、AD源性轻度认知障碍(MCI)、AD源性痴呆、血管性痴呆(VD)、行为变异性额颞叶痴呆(bvFTD)、路易体痴呆(DLB)、后皮质萎缩(PCA)、原发性进行性失语(PPA)、进行性核上性麻痹(PSP)、多系统萎缩(MSA)、帕金森病(PD)、肌萎缩侧索硬化(ALS)和脊髓小脑共济失调(SCA)等AD不同临床阶段和亚型及各种不同痴呆和神经退行性疾病的大规模横断面和纵向人群分析研究发现,血浆神经胶质纤维酸性蛋白(GFAP)从AD临床前阶段就已经显著升高,能够准确识别不同临床阶段AD和鉴别AD痴呆与非AD痴呆,且可用于预测AD临床进展,是AD早期诊断和发病预测的潜在新生物标志物。

相关成果近期以Plasma Glial Fibrillary Acidic Protein in the Alzheimer Disease Continuum: Relationship to Other Biomarkers, Differential Diagnosis, and Prediction of Clinical Progression(《血浆胶质纤维酸性蛋白在阿尔茨海默病连续谱中的诊断应用:与其他生物标志物关系、鉴别诊断和临床进展预测》)为题,发表于检验医学领域排名第一的国际学术期刊Clinical Chemistry(《临床化学》)(IF: 12.1)。

 

 

随着全球老龄化进程的加剧和人类寿命的延长,阿尔茨海默病(AD)已成为继心脑血管疾病和恶性肿瘤之后第三位严重危害老年人群健康的重大疾病,给患者、家庭和社会带来了沉重的经济和照料负担。AD患者出现临床症状前存在数十年的隐匿期,如果能在临床前阶段通过检测手段早期诊断AD患者,就有望做到早识别、早干预、延缓AD进展。

无症状期AD早期诊断一直是医疗界的一大难题,由于缺乏特异敏感的早期诊断方式及标准,患者依靠临床症状和影像学指标确诊时,病程往往已发展至中晚期。虽然β-淀粉样蛋白(Aβ)正电子发射断层扫描(PET)(Aβ-PET)显像、tau-PET显像以及脑脊液Aβ和tau的检测是目前最有前景的早期检测工具,但腰穿检查是有创的,PET检查价格昂贵,相关技术的临床实施也受到场地等限制,难以普及。寻找方便、无创、可靠的外周血AD标志物将有助于突破这一瓶颈。

 

图1. 各血浆生物标志物与AD脑脊液

和PET显像Aβ和tau病理的关系

 

研究全面比较了血浆Aβ42/Aβ40、Aβ42、Aβ40、p-Tau181、NfL和GFAP五种外周血浆生物标志物在AD全病程中的变化情况及识别AD病理的能力,发现血浆GFAP最先发生变化。GFAP早在临床前阶段Aβ病理出现时就已经显著升高,随着疾病进展,当tau病理和认知损伤出现后,该蛋白含量逐渐上升,直至AD痴呆阶段达到最高水平。紧随其后变化的是血浆p-Tau181,相比之下,血浆NfL、Aβ42/Aβ40、Aβ42和Aβ40在AD全病程中的变化不太明显。血浆GFAP和p-Tau181均与AD脑脊液和PET核心生物标志物密切相关。在识别Aβ病理方面,血浆GFAP的诊断性能优于血浆pTau181、NfL、Aβ42/40、Aβ42和Aβ40。

郁金泰教授研究团队进一步研究发现,与认知正常、轻度认知障碍(MCI)和非AD痴呆人群相比,AD痴呆患者的血浆GFAP水平显著升高。血浆GFAP可以准确识别临床前AD、AD源性MCI、AD痴呆阶段,且可以有效鉴别AD痴呆与其他神经退行性疾病,包括血管性痴呆、额颞叶痴呆等不同类型痴呆及帕金森病、进行性核上性凝视麻痹、多系统萎缩等神经退行性疾病,其诊断准确性高,AUC值均可达0.85以上。值得关注的是,与未转化为AD痴呆的受试者相比,转化为AD痴呆的受试者在基线时表现出更高的血浆GFAP水平。利用纵向随访数据,研究还发现较高水平的血浆GFAP与认知能力下降密切相关,可以显著增加AD临床转化风险,提示血浆GFAP在预测AD进展方面具有一定临床价值。

 

图2. 血浆GFAP在AD早期诊断与预测中的应用

 

综上,本研究揭示了血浆GFAP作为AD早期诊断和预测标志物的潜力,该标志物反映了胶质细胞活化的过程,可能是一种用于无症状期AD早期诊断非常重要的检测指标。该研究成果将有利于今后临床试验和临床实践中使用血液AD生物标志物这一方便的检测手段来识别无症状期AD患者,亦可以用于AD的鉴别诊断,为实现AD快速、精准早期诊断以及大规模老年人AD早期筛查提供了新的无创生物学标志! 

参考文献

Plasma Glial Fibrillary Acidic Protein in the Alzheimer Disease Continuum: Relationship to Other Biomarkers, Differential Diagnosis and Prediction of Clinical Progression. Clin Chem, 2023 Mar 2;hvad018. doi: 10.1093/clinchem/hvad018. 

31

2023-03

上个世纪70年代初,一种乳白色的药物被发现具有稳定、舒适的镇静作用,即丙泊酚,被麻醉医生形象的称为“牛奶”。丙泊酚自1986年正式进入临床使用以来,既可用于全身麻醉,也适用于手术时间短的小操作或检查,是静脉麻醉药中当之无愧的“王者”,每年服务全球亿万患者。其发明者约翰·格伦为此获得了有诺贝尔奖风向标之称的“美国拉斯克奖”临床医学类奖项。令人惊奇的是,丙泊酚的临床使用不仅带来了催眠、镇静与遗忘,还常常让入睡的患者产生美梦,使得他们心情愉悦,产生放松感。

3月13日,上海科技大学生命科学与技术学院、国家精神疾病医学中心(上海市精神卫生中心)脑健康研究院、上海市第六人民医院麻醉科共同合作,在国际神经科学的专业期刊《神经元》(Neuron)上发表题为“Propofol exerts anti-anhedonia effects via inhibiting dopamine transporter”的研究论文,探索了丙泊酚产生欣快感的神经机制,并挖掘了“麻醉牛奶”这款“老药”在抑郁治疗中的新用途。

 

研究者系统的筛查了丙泊酚对大脑内不同神经递质系统的影响,综合运用结构药理学、细胞生物学等手段,首次发现了丙泊酚能够特异性结合多巴胺转运体,部分阻断多巴胺分子重摄取过程,从而引起脑内多巴胺升高的现象。有意思的是,丙泊酚与多巴胺转运体的结合模式有别于多种已知的药物分子(如可卡因),这也符合临床上观察到丙泊酚成瘾性较低的现象。

研究团队进一步利用小动物脑影像及清醒动物光纤成像技术,发现单针丙泊酚注射能够持续升高奖赏中枢伏隔核的多巴胺水平达一小时左右。在此过程中,表达多巴胺1型受体的特定神经元出现持续的活动增加,而表达多巴胺2型受体的神经元则出现活动下降,从而参与到愉悦感的形成中。

 

 

基于临床的观察提示,丙泊酚能有效提升部分心情不畅患者的情绪状态。研究团队因此进一步探索了丙泊酚的愉悦机制能否应用于抑郁症的干预。团队首先使用慢性束缚应激的动物模型以模拟抑郁症患者的日常心理压力,发现慢性应激动物出现了显著的快感缺失(对糖水偏好下降)的行为表现。使得研究者振奋的是,单针丙泊酚注射即可在4小时后逆转快感缺失这一行为表型,并持续到24小时和3天以上的时间点中。如采用神经环路抑制的技术,降低丙泊酚暴露后多巴胺1型受体神经元的电活动,则丙泊酚的抗快感缺失效果消失。这些证据指出,丙泊酚可通过特定分子结合模式,调控奖赏中枢多巴胺水平,对抗快感缺失。

快感缺失是抑郁症患者对生活丧失动力的核心表型,也是其他多种精神疾病的重要症状。研究团队指出,“麻醉牛奶”这一老药,有望在专业医生指导下快速获得精神科的临床应用,从而给抑郁症患者带来新希望。同时,团队已开展了针对丙泊酚分子的结构改造工作,进一步筛选疗效更好、低镇静、免成瘾的新型药物。

朱晓娜、黎杰、邱高林为文章的共同第一作者。胡霁、袁逖飞、许涛为通讯作者,其中袁逖飞为TCCI研究员。研究受到了科技部2030-脑科学与类脑研究重大项目和国家自然科学基金的资助。本研究还得到了上海科技大学程建军教授、白芳教授和赵素文教授的大力支持。

参考文献

Zhu XN et al. Propofol exerts anti-anhedonia effects via inhibiting the dopamine transporter. Neuron 2023  DOI:https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.02.017

16

2023-03

 

脑切除手术是治疗先天性结构异常、血管异常、肿瘤、脑药性癫痫等神经系统疾病的标准外科手术。在脑切除手术过程中,医生既要最大限度地切除病灶组织,又要保留健康的脑功能区。因此,为制定最佳的手术方案,精准的脑功能图谱必不可少。

现阶段,科学家可以利用脑电图(EEG)、脑磁图(MEG)、功能性核磁共振成像(fMRI)和正电子发射断层成像(PET)等技术对皮层语言区进行定位,不过电刺激(ECS)一直是定位接受性语言功能区域的金标准方法。

然而,ESC需要在开颅手术实施过程中保证病患清醒——尽管这已经是一项常规的临床技术,但是在脑部手术中唤醒病人可能导致一些并发症发生,比如导致病人术中昏迷,诱发短暂或长时间的局灶性缺失;另外,如果病患年龄过小,髓鞘发育不完全,则易诱发癫痫,增加了术后功能障碍的风险。上述问题大大缩小了ECS功能图谱在病患中的适用范围。

 

 

▷图注:A.黑色小圆圈指代电极植入位置,黄框内为电极带植入手术示意图。B.清醒和麻醉状态下,语言刺激和电极采集的信号由良好的时空一致性。C.同一位患者在清醒和麻醉两种状态下接受被动语言刺激时活动脑区功能图谱一致 图片来源:Nourmohammadi, et al./ Clinical Neurophysiology 2022

 

为了消除对清醒开颅手术的要求降低上述并发症的发生,美国华盛顿大学国家适应性神经技术中心、奥尔巴尼医学院神经外科系研究团队提出并评估了一种基于皮质电图(ECoG)技术的脑功能图谱绘制方法——新技术不需要术中患者保持清醒,同时也不需要对患者进行电刺激。这一最新的研究成果于2023年3月发表在著名期刊Clinical Neurophysiology上,TCCI应用神经技术前沿实验室主任Gerwin Schalk博士为这项研究的主要研究者。

 

▷该文章报道封面 图片来源:Clinical Neurophysiology期刊官网

 

在这项研究中,研究人员利用宽频频段(70-170赫兹)对20名不同全麻状态下的神经外科病人进行了ECoG绘图效果测试,实验结果表明患者接受全身性麻醉期间,使用ECoG记录接受性语言皮层被动功能图谱是可行的,同时也确认了实现最佳语言图谱记录的麻醉阶段。

本次研究中,被试均患有癫痫或脑肿瘤,年龄在21岁以上,无听障问题,可以通过英文沟通。癫痫组患者术前1-2周植入ECoG,采集记录在术前和术中全麻时30-90分钟皮层活动信号并绘制功能图谱,患者清醒前移出颅内ECoG;肿瘤组患者在术中全麻后植入ECoG,记录患者在手术过程中由失去意识到可以做出反应的30-60min的脑功能图谱,患者清醒后再记录ECS,随后去除ECoG。

 

▷图注:麻醉和实验时间线。全麻过程如图1(A)所示,蓝色指代清醒状态,红色指代深度麻醉,当病人失去意识(LOC)即进入全身麻醉状态 图片来源:Nourmohammadi, et al./ Clinical Neurophysiology 2022

 

术前研究人员使用高分辨(3T)磁共振图像(MRI)确定患者皮质解剖结构,创建每个病人的大脑3D模型,术中使用CT确定电极植入位置;若为二、三期手术患者,无法在术中使用CT定位,外科医生则使用BrainLab神经导航系统手动定位。所有实验中均采集、记录病人心电图信号和ECoG信号。

 

▷图注:电极位置定位及植入示例 图片来源:Nourmohammadi, et al./ Clinical Neurophysiology 2022

 

在研究过程中,研究人员使用接受性语音范式唤起被试皮质反应。刺激由32个独特的词组成,通过罩耳式耳机传递给患者。每个刺激持续时长为700ms,刺激间隔为1000ms。随后从ECoG中提取宽频伽马波(BBG)以反映局部神经元信号发射从而进行皮质活动定位——BBG在基线或静止期(即没有刺激的情况下)活动是随机的;相反,任务有关的变化则与从参与处理刺激的大脑皮层记录的BBG包络会有高度的时空一致性。根据此原理可以确定电极水平上对听觉-语言刺激有反应的皮质位置。

 

 

▷图注:不同麻醉状态下ECoG信号动态变化 图片来源:Nourmohammadi, et al./ Clinical Neurophysiology 2022

 

随后,研究人员对BBG包络进行统计分析。为量化大脑的反应性,以便进行数值比较,研究人员先绘制单个反应性电极的接收操作特征(ROC)曲线,随后测量曲线下面积(AUC),以量化每个部位的反应幅度,即效应大小。研究人员又计算了反应电极的AUC总和,以此作为每个图谱大脑活动指数(BAI)。

 

▷图注:统计分析。A.蓝色(左)和青色(右)的时间轨迹是“基线”和“任务”之间宽频伽马波的z评分,每个时间线旁的数字表示其对应的实验编号(1到N)。B.“基线”和“任务”的所有组合(没有重复)之间的相关性分析,每个面板显示了一对不同实验的时间痕迹和它们的皮尔逊相关系数(r)。C.“基线”和“任务”r值分布。D.曲线下面积(AUC)表示两个分布的可分离性,所有对刺激有响应的电极的AUC之和即为脑活动指数(brain activity index, BAI) 图片来源:Nourmohammadi, et al./ Clinical Neurophysiology 2022

 

通过BAI表征大脑的反应和活动,不仅可以用来研究不同条件下皮质对语言刺激的响应度,还可以减免各个受试者植入电极数量不同带来的潜在影响。实验人员通过量化不同条件下映射结果之间的相似性计算得出两组病人麻醉期间被动语言图谱的平均敏感性和特异性分别为49%(±7.7%)和100%。

 

▷图注:癫痫组群(左)和脑肿瘤组群(右)的被动图谱测绘结果。分别为12名癫痫受试者和6名脑肿瘤受试者的被动语言脑功能图谱记录结果,黑色小圆圈代表ECoG电极位置,蓝色和红色圆圈分别代表在清醒和麻醉状态下对语言刺激有响应且有统计学意义的电极,每张皮层功能图谱右下角对应有清醒状态下的BAI值 图片来源:Nourmohammadi, et al./ Clinical Neurophysiology 2022

 

本项研究侧重于绘制麻醉期间的接受性语言皮质图谱,在之后的实验中证实这项技术同样可以参与接受其他感觉输入的皮层定位。未来若能开发新的技术来量化精确麻醉深度,研究人员就可以进一步精准找到测试的最佳时间窗口,提高全身麻醉期间皮质电图记录皮层被动功能图谱的应用范围,为神经外科医生提供制定诊疗方案的准确信息。

从本次研究结果来看,全身麻醉期间绘制电脑皮层功能图谱的方法是一种强大而可靠的识别麻醉大脑功能区域的技术,研究小组通过额外的验证证实基于ECoG方法可以补充或代替ECS,为更多不适合使用常规清醒开颅手术的神经外科病人确定脑功能区域,并增加手术成功率。

 

作者:刘晖

责编:Aaron

审校:Yunke

排版:Joyce

参考文献:

Nourmohammadi A, Swift JR, de Pesters A, Guay CS, Adamo MA, Dalfino JC, Ritaccio AL, Schalk G, Brunner P. Passive functional mapping of receptive language cortex during general anesthesia using electrocorticography. Clin Neurophysiol. 2023 Mar;147:31-44. doi: 10.1016/j.clinph.2022.11.021. Epub 2022 Dec 22. PMID: 36634533.

15

2023-03

 

2023年对脑科学研究领域而言是充满机遇的一年,尽管在过去几年经历了疫情、国际关系等艰难挑战,但作为支持脑科学基础前沿研究的头部民间科研慈善机构——天桥脑科学研究院(Tianqiao & Chrissy Chen Institute,TCCI),始终坚持日拱一卒,走过寒冬,我们将迎来2023年的暖春。日前TCCI创始人陈天桥、雒芊芊携手十余位脑科学领域及跨学科专家教授列席TCCI 2023中国年度会议,以各方独家深刻洞见,言明脑科学研究发展策略,指明脑科学未来发展方向。

在会前致辞中,陈天桥提出了TCCI“3521”战略生态布局。在与近400位国际科学家深度交流后,他总结出脑科学领域普遍存在的3个痛点,针对这些痛点从5个方向上进行尝试,并结合新时代的两大机遇,推出了1个关键性平台苏格拉底实验室(Socratic Lab)。

TCCI应用神经技术前沿实验室主任Gerwin Schalk教授指出,将数字应用技术与临床相结合,将为解决临床疾病提供更有价值的策略。

 

TCCI创始人陈天桥、雒芊芊在线参加会议 | 图片来源:TCCI 2023中国年度会议

 

破立结合,推动脑科学发展

 

毛颖教授介绍华山医院脑疾病创新转化研究 | 图片来源:TCCI 2023中国年度会议

 

TCCI重要战略合作伙伴之一华山医院(国家神经疾病医学中心)院长毛颖教授在会议上介绍,华山医院在神经调控、脑机融合、细胞治疗的大布局下,致力于通过切除大脑病损组织打破一个旧的世界,通过恢复大脑功能平衡建设一个新的世界。脑疾病创新转化研究将打破科研、临床治疗、药物研发之间的围墙,推动前沿探索转化为临床成果,造福更多患者,助力人类健康战略实施。他强调,考核项目和科学家指标只有一个,那就是“你的工作是否起到了推动医疗行业发展的作用”。

 

破解精神医学四大难题,携手TCCI打造全国

精神医学技术人才集聚地

赵敏教授介绍国家精神疾病医学中心 | 图片来源:TCCI 2023中国年度会议

 

上海市精神卫生中心(国家精神疾病医学中心)院长赵敏教授为大家进行了国家精神疾病医学中心情况介绍,作为TCCI重要战略合作伙伴之一的上海市精神卫生中心依照“统筹布局、重点突出、科学发展”的原则,建立健全组织架构,破解严重精神障碍诊疗困难、技术手段相对落后、精神卫生专业人才缺乏、资源分布不平衡精神医学四大难题。未来将不断优化学科布局,联合TCCI人工智能与精神健康前沿实验室,推进神经调控中心建设,建成人工智能医疗器械真实世界数据应用中心,实现共享互通、共鉴互学、优势互补、互利共赢。赵敏教授指出,上海市精神卫生中心将携手TCCI打造全国精神医学高端人才集聚地、临床诊疗新技术策源地,成为专业指南与相关模式的中国方案贡献者。

 

提高睡眠健康指数造福社会

 

黄志力教授做睡眠专题报道 | 图片来源:TCCI 2023中国年度会议

 

TCCI研究员、复旦大学上海医学院黄志力教授分享了有关睡眠基础研究和产业的发展与思考。黄志力教授提出目前我们面临的最大的科学问题是“人为什么要睡眠”以及“睡眠的功能究竟是什么”两大难题。2018-2022年间黄志力教授及其团队已发现NAc D1R、VP GAGB、PVN Glut、CPU D1R四个重要的促觉醒核团;和传统调控核团相比,这些核团具有更加强大的觉醒作用。在进一步深入探讨这些觉醒核团究竟是如何调控睡眠之后,研究团队发现了睡眠的两大调控机制:内稳态和生物节律。

黄志力教授指出,这些深入的睡眠与睡眠障碍机制的探讨有助于推动学科交叉,助力(非)穿戴检测和干预设备、AI技术、新药和功能食品、远程医疗、慢病监测、舒适睡眠等新技术和新方法的应用和开发。关注睡眠本身,打造精准检测、治疗、康养的全生命周期健康照顾管理系统,将有效提高人们的睡眠健康指数。

 

拓展研究,未来有望实现

识别瘾君子、操纵睡眠和记忆

袁逖飞教授做成瘾及冬眠相关研究专题报告 | 图片来源:TCCI 2023中国年度会议

 

国家精神疾病医学中心脑健康研究院执行院长袁逖飞教授介绍了药物成瘾性、非冬眠动物冬眠、脑病诊断等前沿研究。袁逖飞教授提到,目前通过采用高密度电生理技术,大量溯源分析解析药物成瘾机制,成功找到MPFC脑区,通过beta振荡,有望实现药物成瘾者临床标记物预测与判断。

袁教授还介绍了目前正在进行的研究,持续对“冬眠状态”相关神经底物和分子靶点的探索,通过操纵NHPs对非冬眠动物进行冬眠状态合成,为未来实现记忆操纵和中风治疗提供新策略。

 

大队列研究

为阿尔茨海默病探索新治疗方案

郁金泰教授做阿尔茨海默病主题报道 | 图片来源:TCCI 2023中国年度会议

 

TCCI研究员、华山医院神经内科副主任郁金泰教授指出,阿尔茨海默病(AD)已成为严重危害国人健康的重大疾病。AD是连续疾病过程,早期“防诊治”是关键。但由于其起病隐匿,早期诊断困难,各阶段表型复杂,演化规律及发病机制不清,缺乏有效防治手段。我国AD防控亟需建立国际水平、统一标准的AD早期队列。

郁金泰教授在会议上分享了有关AD风险基因、生物标志及治疗新靶点的相关研究成果,这将对AD当前治疗及潜在新治疗策略产生重大影响,有望带来更多突破性治疗方案。

 

便携智能监测睡眠设备

打造健康睡眠的新生态

尧德中教授团队做穿戴式睡眠检测额贴进展报告 | 图片来源:TCCI 2023中国年度会议

 

目前临床上使用的多导睡眠监测(PSG)作为院内诊断各类睡眠障碍和找准失眠病因的金标准,虽然精确度高,但使用时操作复杂,在一定程度上降低了医疗单位的睡眠监测效率,同时患者佩戴后难以适应容易造成数据监测失准,市面上便携式居家睡眠监测仪则面临难以对疾病进行判断的困境。来自电子科技大学尧德中教授团队分享了关于穿戴式睡眠监测额贴的最新研发成果。穿戴式睡眠监测额贴目前已完成一代样机、二代样机的生产,并开展了相应的信号质量评估、自动分期算法、睡眠事件检测等数据验证。尧德中教授表示,深耕睡眠监测领域,研发穿戴式睡眠监测额贴,将大大提高院内睡眠监测的普及率,并且随着技术的不断完善和多学科融合的努力,脑机互联也必将在更多场景中实现应用,便携、可穿戴、智能监测睡眠设备将迎来巨大的蓝海市场。

 

柔性电极脑机接口植入法

微创极限性能新探索

陶虎教授做脑机接口主题报道 | 图片来源:TCCI 2023中国年度会议

 

陶虎研究员展示了脑机接口创新性植入方法,他们致力于脑机接口稳定性优化,希望最大程度提高性能的情况下尽可能降低其对患者大脑的损伤。陶虎团队推出了应用自适应柔性神经光电极、仿生微创脑机接口植入方法,植入基于蚕丝蛋白的光波导柔光电极,在体植入过程中可区分硬脑膜、脑组织与血管,实现长期在体低免疫反应,完成对大脑释放的光电信号进行多通道、大规模采集,既有效避免传统侵入式电极植入对大脑造成的损伤,又能保证实现理想脑电信号采集效果。

 

迭代数据训练CNN模型

实现精准眼动追踪算法

 

王治国教授团队做眼动追踪算法主题报道 | 图片来源:TCCI 2023中国年度会议

 

来自浙江大学的王治国教授带来了关于眼动追踪算法的最新研发成果。眼动追踪技术主要见于心理学和神经科学研究,但是该技术目前已经渗透到医疗健康、教育、智能交互、艺术和消费等领域。

传统的、基于相机的眼动追踪设备体积庞大且造价昂贵。王治国教授介绍了一种基于深度学习的眼动追踪方法。通过采集和建立大数据集,训练眼动追踪的CNN模型,然后将成熟模型部署在手机端,并开发应用编程接口,供第三方软件读取实时眼动数据。这种基于手机/平板相机的精准眼动追踪算法有望大幅降低硬件成本,让基于眼动追踪的大人群研究成为可能。

 

在线学术社群助力青年科学家发展

张洳源副教授介绍青年科学家社群运营 | 图片来源:TCCI 2023中国年度会议

 

青年科学家在成长早期,获得的支持资源不够,是全球科研领域普遍存在的痛点。

上海交通大学张洳源副教授在疫情后,和一批海外进修的华人青年科学家自发组织建立青年科学家在线学术社群neurochat(神聊)。三年来,神聊共邀请4位脑科学领域意见领袖、50位青年科学家开展青年科学家和资深科学家职业发展的在线会议和圆桌论坛,吸引数千人次参加,不少学生通过会议找到了合适的工作进一步发展。他感谢TCCI对神聊会议以及青年科学家的支持与资助,也期望未来青年科学家拥有更多国际学术交流的渠道、项目和经费支持。

 

08

2023-03

上海交通大学医学院附属精神卫生中心赵敏教授和天桥脑科学研究院(TCCI)研究员袁逖飞教授团队合作文章《The Structure and Individual Patterns of Trait Impulsivity Across Addiction Disorders: a Network Analysis》近日发表于International journal of mental health and addiction (IF = 11.55),博士生郭垒,陈天真和郑辉为本文共同第一作者,赵敏教授和袁逖飞教授为共同通讯作者。该工作揭示了跨成瘾类型的核心特质冲动特征、冲动异质性及其影响因素,同时提出了一种个体症状网络识别的方法。

 

成瘾行为与特质冲动密切相关。冲动性特质增加个体对成瘾行为的脆弱性,促使成瘾行为的产生,并增加复发的可能性。然而值得注意的是,前期研究发现不同成瘾类型的冲动特征可能存在异质性,成为不同成瘾类型精准治疗和管理的依据。目前,针对特质冲动的主要测量方式为心理评定量表,并提供组水平 (Group-level) 的推断。这种方式限制了个体化的干预,同时无法提供症状水平的靶点。近年来,基于症状网络分析 (Network analysis) 的技术逐渐兴起,该方法将精神心理疾病概念化为不同症状之间互相激活的动力系统,以此通过图 (Graph) 的方式寻找核心症状。

研究纳入了1687名患有神经活性物质和海洛因使用障碍以及网络游戏障碍 (IGD) 的被试。基于Barratt Impulsivity Scale-11 中文版(BIS-11C)量表,对三组被试构建了各自的特质冲动网络。同时基于各自组年龄和性别匹配的健康对照,构建了每一名成瘾患者的个体化差异冲动网络(Individual differential impulsivity networks, IDINs)。

 

个体化差异冲动网络 (IDINs) 的构建

 

所有成瘾被试的IDINs 构建后,将网络连边权重进行K-means聚类,以发现跨成瘾类别的潜在冲动表型。最后,将聚类得到的分类纳入多分类Logistic回归模型,探究影响其个体化冲动类型的影响因素。

组水平冲动网络分析表明,三种类型的成瘾分别伴随着不同的核心冲动特征。兴奋剂使用障碍的全局网络强度明显高于其他成瘾类型,海洛因受试者的非计划冲动连接与其他组存在明显差异。基于IDINs,成瘾被试被聚类为三类(冲动网络内连接相对于健康对照明显增强、明显减弱以及没有明显差别)。三种偏差模式与成瘾类型、年龄、教育程度和成瘾持续时间有关。

 

 

本研究的结果表明,不同成瘾类型存在不同的核心冲动特征,且和个体特征冲动模式的异质性,且与被试个体人口学和成瘾史相关。这一结果在未来可能应用于成瘾患者的个体化冲动管理体系,以优化成瘾患者的治疗。此外,本文使用的差异网络方法为基于横断面数据的个体化症状网络构建提供了新的思路,对该方法进行了进一步扩展。

参考文献

[1] Guo, L., Chen, T., Zheng, H., Zhong, N., Wu, Q., Su, H., Jiang, H., Du, J., Dong, G., Yuan, T.-F., & Zhao, M. (2023). The Structure and Individual Patterns of Trait Impulsivity Across Addiction Disorders: A Network Analysis. International Journal of Mental Health and Addiction. https://doi.org/10.1007/s11469-023-01022-0

06

2023-03

 

“今年是天桥脑科学研究院(Tianqiao & Chrissy Chen Institute,TCCI)成立的第七个年头,也是TCCI中国运作的第五年。这些年,作为率先支持基础前沿研究的民间科研慈善机构,我们虽然遇到疫情、国际关系等挑战,但是始终坚持日拱一卒,持续推进脑科学研究。”今天,TCCI创始人陈天桥、雒芊芊通过视频参加了研究院中国年会,陈天桥重点解读了经过积极探索,推出的进一步支持脑科学研究的“3521”生态战略。

从会议出席名单看,TCCI中国的科学家队伍日趋壮大和完善。除了两大战略合作伙伴华山医院(国家神经疾病医学中心)院长毛颖教授、上海市精神卫生中心(国家精神疾病医学中心)院长赵敏教授、徐一峰教授带领的知名临床医生团队,还吸引了一批跨学科专家加入,如四川脑科学与类脑智能研究院院长尧德中教授、中科院微系统所副所长陶虎教授、浙江大学王治国教授等技术大咖,上海交通大学计算机系吕宝粮教授、复旦大学类脑智能科学与技术研究院王守岩教授、北京邮电大学人工智能学院刘勇教授等AI专家,上海视觉艺术学院校长周斌教授、上海音乐学院音乐工程系主任于阳教授等艺术专家,以及热心组织青年科学家学术交流的南京师范大学胡传鹏教授、上海交通大学张洳源副教授等。

 

▷ TCCI创始人陈天桥、雒芊芊在线参加会议

 

陈天桥表示,TCCI自2016年成立时,我们知道自己要做什么,就是支持脑科学研究。但是,我们花了很长时间考虑和探索“怎么做”的问题,现在已经有了答案,那就是“3521”的战略生态布局。

陈天桥介绍,在与近400位国际科学家深度交流后,TCCI发现脑科学领域普遍存在的3个痛点:学科与学科之间存在鸿沟,年轻科学家培养与资助资源少,论文出版流程复杂周期冗长。

针对这些痛点,TCCI已从5个方向上进行尝试,包括通过会议交流促进跨学科合作、与顶级学术机构合办“夏校”(Summer School)培养青年科学家、创建媒体促进科学期刊内容发表(Journal Publish)、设立前沿实验室(Frontier Lab)探索新型研究,同时资助全世界范围内优秀的科研机构和科学家。

陈天桥指出,今天,TCCI还看到新时代的两大重大机遇,人工智能(AI)以及区块链技术(Blockchain)。AI不仅在语言交互,在大样本数据量分析上也有得天独厚的优势,区块链技术则可以保护和激发科研思路创新,孕育新型科研生态体系。这两项技术有望成为推动科学研究产生突破性进展的有效手段。

面向上述问题、挑战和机遇,陈天桥亲自挂帅打造了1个关键性平台苏格拉底实验室(Socratic Lab)。作为TCCI旗下全球脑科学研究者在线社区,1.0版本已经上线试运营,2022年吸引了近5000名全球科学家在线参与了100多场科学会议,产生了近千个学术问题。2.0版本正在加紧开发中,更注重建设一个国际性的学术问答在线社区和虚拟实验室,鼓励科学家从问题与假设出发,通过思维碰撞生出解决思路和更多假设,并借助苏格拉底实验室提供的十余种创新工具,转化为科研方案,以一种自发式地螺旋上升方式,用科学的思想和方法论推动人类社会进步。

据了解,TCCI应用神经技术前沿实验室与电子科大、华山医院合作的家用可穿戴智能脑电监测设备研发以及基于该技术的睡眠调控技术,与浙江大学合作的眼动追踪技术评估精神健康都取得了重大阶段性成果。与上海市精神卫生中心合作的数字化行为筛查抑郁症、与华山医院的侵入式脑电信号采集平台等项目也在积极筹备中。TCCI全职引进来华、担任该实验室主任的美国科学家Gerwin Schalk教授指出,TCCI前沿实验室不仅关注用神经技术治疗脑疾病患者,更关注造福广大健康人群。

除了科研,TCCI还建立起学术会议体系,2022年在全球范围内支持超过160场会议,自办音乐与大脑、面向大众的应用神经技术国际论坛,合作举办Science杂志脑机接口会议、世界人工智能大会脑机接口论坛、院士论坛、人工智能与精神健康等会议,资助中国神经科学学会年会、欧洲神经科学学会大会等顶级学术盛典,支持神聊华人青年科学家论坛、计算精神病学论文研读会、海外申博经验分享会等青年科学家自办会议,在美国、瑞士举办了两次青年科学家夏校。2023年,TCCI将围绕音乐与大脑、脑疾病罕见病例分享研究等办好品牌特色会议,重点合作举办神经技术领域学术交流,重点资助睡眠、抑郁、焦虑等疾病研究会

 

▷ 毛颖教授(前排左一)主持会议,陶虎教授(前排左二),黄志力教授(前排右一)做精彩分享

 

会上,TCCI创始人雒芊芊宣布颁发了TCCI中国研究员2022年度科研论文、成果转化、学术建设、公益服务4项贡献奖。华山医院院长、TCCI转化中心主任毛颖教授主持会议,并介绍了国家神经疾病医学中心的布局。上海市精神卫生中心院长赵敏教授介绍了国家精神疾病医学中心的进展。TCCI研究员、中国睡眠研究会理事长黄志力教授分享推动睡眠产业发展的思考,国家精神疾病医学中心脑健康研究院执行院长袁逖飞教授介绍非冬眠动物冬眠、精神疾病精准诊断等前沿研究,华山医院神经内科副主任郁金泰教授交流了阿兹海默症大队列研究的诸多成果。尧德中教授、陶虎教授、王治国教授围绕家用可穿戴智能脑电监测设备、柔性脑机接口电极、眼动技术介绍了最新研发成果,张洳源副教授则带来了组织青年科学家在线学术社群的收获。TCCI研究员李春波教授、黄延焱教授、陈亮教授、杨志教授、于欢副教授、程炜副教授、张青等参加了会议。

 

▷ 赵敏教授(前排右一)介绍国家精神疾病医学中心,徐一峰教授(前排右二)、李春波教授(前排右三)、吕宝梁教授(前排左一)参会

 

陈天桥在会议总结中指出:“我们正站在脑科学基础研究发展的风口,TCCI既有第三方的全新视角,又有灵活的创新机制,相信能在推进中国脑科学发展中做出独特贡献。”

 

27

2023-02

2023年2月10日,国家神经疾病医学中心/复旦大学附属华山医院毛颖课题组在国际神经病学顶级刊物《Alzheimer’s & Dementia: The Journal of the Alzheimer’s Association》(IF:16.655/Q1)上在线发表题为“Brain perfusion, cognition, and plasma Alzheimer’s biomarkers in moyamoya disease”的研究论文[1],通过临床队列首次证实了脑慢性低灌注能够独立引起阿尔兹海默症(AD)标志物异常,并且异常水平与低灌注的累积程度存在相关性。

 

越来越多的研究表明,脑血流退化在AD的发生发展中伴有重要角色。在大多数横断面研究中,脑血流(CBF)减少与正常衰老中痴呆风险增加相关,也与AD患者中较高的β-淀粉样蛋白(Aβ)沉积水平和脑萎缩程度有关;但纵向研究尚难以定位到AD的临床前阶段,故缺乏对最初事件的描绘。另外,大多慢性脑缺血疾病与AD具有相同的危险因素(如衰老、吸烟、糖尿病、动脉粥样硬化等),因此目前尚无从慢性低灌注到AD发生的直接证据。

在先前的研究中,毛颖团队曾假设将烟雾病(一种罕见的脑血管病,中青年发病为主,表现为进行性颈内动脉/分支的狭窄闭塞和脑灌注不足)作为研究慢性低灌注与痴呆关系的理想模型[2]。本研究中,团队进一步排除了有明确脑梗塞和出血史的患者,最终形成了单纯低灌注队列,并对这些患者进行了CBF、神经心理量表和AD标志物的评估。结果显示患者的血浆pTau-181水平较对照组明显升高,认知功能损害域与CBF降低区域显著相关,而与AD标志物水平并无关系。此外,团队还创造性构建了CBF和时间(由铃木分级换算)的累积模型,发现血浆pTau-181和Aβ-42水平与低灌注的累积程度存在正负相关性。单侧搭桥后可改善患者部分认知,但AD标志物无明确改善。有趣的是,在2022年12月《Stroke》杂志报道的一项针对动脉粥样硬化患者的研究中,亦发现了脑低灌注分布和18F-florzolotau标注的tau沉积分布相一致[3]。综上可以推断,脑慢性低灌注能够参与最初AD标志物的形成,也为后续发生的Aβ级联反应等病理事件创造了条件。

 

 

 

毛颖教授所领导的华山医院脑血管病团队,是国际上最早深入探索烟雾病认知障碍的团队之一[4-5],目前已在烟雾病脑功能重塑和机制方面积累了大量研究成果。毛颖教授率先提出以改善脑功能为目标的精准脑血运重建理念与策略,包括搭建围手术期神经认知量表、血管结构及灌注、脑电、功能影像、计算机模拟等多模态评估体系,并首次报道了脑血运重建后与认知功能改善相关的关键靶点[6]。结合本研究的发现,作者支持在AD治疗中融入包含脑血流恢复在内的综合干预手段。

华山医院神经外科邹翔、廖煜君、蒋琮林医生为本文第一作者,毛颖教授为通讯作者。研究受华山医院神经外科徐斌教授团队、神经内科丁玎教授和郁金泰教授的大力支持。

参考文献
[1] Zou Xiang et al. Brain perfusion, cognition, and plasma Alzheimer’s biomarkers in moyamoya disease. Alzheimers Dement. 2023 Feb 10. doi: 10.1002/alz.12958.

[2] Zou Xiang et al. Moyamoya disease: A human model for chronic hypoperfusion and intervention in Alzheimer’s disease. Alzheimers Dement (N Y). 2022 Apr 6;8(1):e12285. doi: 10.1002/trc2.12285. eCollection 2022.

[3] Hiroshi Yamauchi et al. Misery Perfusion and Tau Deposition in Atherosclerotic Major Cerebral

21

2023-02

千百年来,人类对大脑的探索从未停止。

人的大脑约有860亿个神经元和150万亿个突触连接,它产生记忆、情绪、思维,是人体最重要的器官之一。尽管大脑仅占人体体重的2%,却通过了人体25%的血流量,消耗了人体25%的卡路⾥和20%的氧气。

 

首次展现:中国科学家在脑科学

研究领域的硬实力

近期,由中央广播电视台影视剧纪录片中心出品,国内第一部系统聚焦脑科学研究的系列纪录片《大脑深处》在全国热播。纪录片分六集,围绕“大脑星球”、“重塑大脑”、“脑中世界”、“最强大脑”、“对立的大脑”以及“大脑地图”六个主题进行集中展示,历时两年摄制完成,采访了中国近40家重点科研院所、医院的50多位脑科学领域顶级专家包括6位院士,摄制场地包括实验室、手术室等,内容丰富翔实,深入浅出。

 

 

影片中所呈现的故事与科普、历史与现实,都展现出了脑科学研究对于人类命运的巨大影响。从中,我们可以看到在开颅手术中被唤醒接受脑功能测试的患者、切除部分大脑后仍可以正常生活的孩子、利用脑机接口用意念控制外部设备的老人,还有中国前沿的脑网络图谱绘制研究对于阿尔兹海默病、孤独症、抑郁症的重要意义。在这些利用脑科学解决人们所关心的现实问题的背后,展现出的是人类不断探索大脑奥秘的勇气和智慧,以及中国神经科学家的不懈努力与伟大贡献。

 

 

特别的是,《大脑深处》纪录片中的许多片段节选自天桥脑科学研究院(Tianqiao and Chrissy Chen Institute for Translational Research,TCCI)投资出品的纪录片《打开思想的大门》。在拍摄过程中,制作组深入走访了天桥脑科学研究院转化中心等多个国家脑科学研究计划重要参与单位,采访了华山医院院长、天桥脑科学研究院转化中心主任毛颖教授,中国科学院上海微系统与信息技术研究所副所长、天桥脑科学研究院研究员陶虎教授等多位TCCI神经科学专家。

 

▷ 图注:毛颖教授接受《大脑深处》采访

 

▷ 图注:节目组特别鸣谢了天桥脑科学研究院《打开思想的大门》及天桥脑科学研究院研究员陶虎教授的协助拍摄

 

脑科学市场全球多方关注

脑与认知科学领域将迎来最好时代

对于大脑的认知,既是我们探索自身的一步,也是医学、教育、体育和军事等领域发展的关键。纵使我们对大脑的研究从未停止,但相较于10万年智人大脑的漫长进化而言,我们的了解仍然短暂而片面,虽然脑科学已经在许多细分领域取得突破,但是重大的理解和突破仍未出现。

二十一世纪伊始,全球对脑科学领域的关注逐步上升,发达国家更早认识到脑科学研究的重要性,自2013年以来,美国、日本、欧盟等世界主要国家和地区纷纷发布大型“脑计划”,相继启动了各有侧重的脑科学研究,将全球脑科学领域研究推向了新的高潮。

我国自20世纪90年代以来就十分重视脑科学发展,2015年发布“中国脑计划”,2021年国务院发布《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中也将脑科学作为国家战略科技力量之一。

在新一轮科技革命和产业变革深入发展之下,重构全球创新版图、重塑全球经济结构之时,脑科学已然成为事关国家安全和发展全局的核心领域之一,成为世界主要经济体科技角逐的主赛道。

与此同时,资本市场对脑科学也青睐有加,全球脑科学创业企业融资数量整体稳定上升,2020 年融资总额超过50亿美元,早期成立的脑科学企业正在走向壮大,随着技术的发展和资本的投入,脑科学领域还有巨大的发展空间,未来脑科学产业化将实现井喷式增长。

 

TCCI全球战略布局引领脑科学研究

推动人类健康领域发展

2016年,盛大集团创始人陈天桥和雒芊芊积极响应全球脑科学发展的号召,出资10亿美元创建天桥脑科学研究院,成为国内最早一批脑科学研究机构,旨在全面支持、推进全球范围内脑科学研究,通过不断认识大脑,探索大脑奥秘推动人类健康领域发展。

面对跨尺度、极复杂、海量神经元组成的大脑,TCCI脑科学研究从三大层面探索布局,宏观层面探索大脑的结构功能以及心智意识和认知的整合,介观层面认识神经元如何形成神经环路网络、构成不同脑区,微观层面了解生物大分子如何实现神经元能够传递。

 

 

围绕脑认知、脑疾病和脑智能,TCCI正在采取各种方式尽可能实现神经科学领域创新布局,这对于科学家揭示人类大脑、突破大脑疾病的认识和神经工作的机制将有重要积极意义。

在国内,TCCI与上海周良辅医学发展基金会合作成立上海陈天桥脑健康研究所(又名TCCI转化中心),致力于提升脑健康和脑疾病治疗研究和成果转化。后又与华山医院、上海市精神卫生中心等建立战略合作,设立了应用神经技术前沿实验室、人工智能与精神健康前沿实验室。在国际上,TCCI与加州理工学院合作成立TCCI加州理工研究院,设脑机接口、社交与决策神经科学、系统神经科学、分子与细胞神经科学、大脑成像、神经科学教育等多个中心,重点关注大脑基础研究。TCCI还在北美、亚洲、欧洲、大洋洲主办、合办及资助了200多场高质量的脑科学学术会议。

脑科学研究已进入发展的关键时期,各国正在抢占脑科学的制高点,目前TCCI已经成为世界最知名、最大规模的支持人类脑科学研究的科研机构之一,要想破解人类大脑的诸多秘密或许还需要时间,但面对脑科学这一人类的“终极疆域”,TCCI早已经驶出了自己的方舟。

 

结语

纪录片《大脑深处》结尾有一段话:波澜壮阔的发展背后,第一驱动力是我们不断进化、永不停歇的大脑,对大脑深处奥秘的探索,我们才刚刚开始……

我们亦相信,尽管脑科学研究尤为复杂,但人类终将寻得突破,找到答案。

 

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2023-02