天桥脑科学研究院

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研究院动态

 

议介绍

由于人类大脑的复杂性,如果想要通过干预手段减轻大脑缺陷或是提高大脑功能,其方式必须是高度精确的。

现在,我们见证了新技术和新方法的涌现,它们将会推动该领域取得前所未有的进步。例如神经调节,它可以通过向大脑或身体中的指定位置传递电刺激或是化学药剂来改变神经活动。更令人兴奋的是,生物技术和信息技术的有机结合正驱动着脑机接口领域的最新进展。

天桥脑科学研究院(Tianqiao & Chrissy Chen Institute, TCCI)与《科学》杂志将联合举办一场年度会议,聚焦前沿科研领域的最新突破,欢迎您的参与!

 

今年的会议即将于北京时间10月13-14日(U.S. Pacific Time:10月12-13日)举行,聚焦于过去几年取得重大进展的两个领域。会议第一天,我们将探讨相关领域的最新进展;会议第二天,我们将持续密切关注有关脑机接口的话题。

本次会议后,追问团队将整理会议内容和回顾,并收集青年科学家们对主讲内容的进一步追问和讨论,敬请期待!

 

会议费用

1. 普通注册用户:$100(点击文末的“阅读原文”报名)

2. 注册参加了9月7日Science网络研讨会的用户:$50(优惠码已发送至您注册网络研讨会的确认邮箱,请使用该优惠码进行报名)

3. 学生:免费,请将您的学生证照片发送至feedback@cheninstitute.org,我们将为您提供一个优惠码,可供您在报名时使用。

 

 

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2022-08

 

“我们可以保护大脑免受缺血性损伤吗?类脑器官如何模拟大脑发育?类脑器官能够解开大脑疾病的谜团吗?”,华山医院院长、天桥脑科学研究院(Tianqiao and Chrissy Chen Institute, TCCI)转化中心主任毛颖教授在“对话大脑”院士论坛第三期提出以上问题,对此,中国科学院院士、国家老年疾病临床医学研究中心主任、国家神经疾病医学中心首席科学家王以政,美国国家医学科学院院士、宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院教授明国莉在论坛中进行分享。

 

 

王以政:

Smoothened蛋白可以作为脑缺血治疗潜在靶点,减少谷氨酸毒性

从缺血性脑卒中的关键发病机制和未来治疗方面,王以政院士分享了探索大脑缺血性损伤的潜在治疗靶点的研究。脑缺血会导致谷氨酸从细胞内环境释放到细胞外空间,从而导致神经元损伤。为了了解在缺血状态下介导谷氨酸释放和吸收的机制,研究围绕在脑缺血过程中音蝟因子(SHH)信号通路对细胞外谷氨酸的调控展开。他们检测了SHH蛋白的释放及下游信号分子的表达情况,确定了脑缺血过程中SHH信号通路被激活,抑制SHH通路可以显著降低缺血性脑损伤。

 

 

王院士表示,在临床动脉取栓,静脉溶栓的情况下,血液可以到达脑损伤的部位,可以使用神经保护或者减少神经毒素的药物,创造神经保护的条件。未来,将持续探索如何调控细胞外谷氨酸水平以达到神经细胞存活的可能。

 

明国莉:

类脑器官探索大脑发育和大脑疾病

明国莉院士介绍了团队多年来以类脑器官为研究工具,建模探索大脑发育与疾病机制的科研成果。

 

 

早期的脑类器官模型,虽然可以在多个维度上模拟大脑皮层的早期发育,但这样的类脑模型由于缺少血管循环系统存在很多局限性,比如由于缺氧导致细胞坏死,细胞发育不成熟以及某些特定的神经细胞的缺失等。由此,明院士团队研发出新的类脑模型:片状新皮质类器官(Sliced Neocortical Organoid,SNO)系统。SNO系统为类脑器官提供了悬浮培养的环境,解决了之前提到的血管缺氧问题。

明院士还分享了她的最新研究:建立人源化大鼠的动物模型用以研究神经回路形成的机制,成功地将人类前脑类器官移植到宿主大鼠视觉皮层。这些以类脑器官为载体的研究成果,将为神经再生和修复提供新的视角和见解。

青年追问:

类脑器官会产生意识、痛觉和情绪吗?

此次论坛设置了TCCI追问环节,通过苏格拉底实验室社区(app:Socraticlab)线上征集有代表性的问题,由毛颖教授主持,会同现场参加的青年学者,与两位院士进行交流和追问。

 

 

备受苏格拉底实验室线上青年学者关注的问题是,“类脑器官会产生意识、痛觉和情绪吗?如果有的话,这是否符合伦理?”

针对这一提问,明院士表示,虽然类脑器官的研究十分前沿,目前已经可以产生部分发育中的大脑,但是现有的技术很难让类脑器官继续成熟和成长,且目前的类脑器官暂时不具备感觉系统。现有技术也无法让类脑器官产生意识,如果未来类脑器官发展到更接近发育后期的大脑,届时相关的伦理问题也会随之而来,但目前我们还离这些问题十分遥远。

王院士从人工智能(AI)的角度进行解答。他表示,AI根本的问题还是基于类脑的一些现象延伸出来一个算法,算法通过计算机来实现。如果根据人的现象和行为推测出一个算法,让其能够和人互动,这个算法是不具备意识的。王院士表示,现在的类脑计算和AI与意识的产生之间还有一段很长的路要走,而伦理问题肯定会在未来备受关注。

 

29

2022-08

近期,复旦大学附属华山医院教授、天桥脑科学研究院(TCCI)研究员郁金泰团队及合作者在《柳叶刀》子刊《eClinicalMedicine》上发表了题为“Development of a novel dementia risk prediction model in the general population: A large, longitudinal, population-based machine-learning study”的研究。该研究旨在开发全新的痴呆风险预测模型,提高风险人群的早期识别。

 

 

痴呆是由多种脑部疾病导致的慢性或进行性综合征,包括记忆、思维、定向、计算、理解、学习能力、语言和判断功能的紊乱。痴呆存在多种不同形式,其中最常见的是阿尔茨海默病(可能占痴呆病例的60%~70%)。随着社会老龄化的加剧,痴呆患者人数逐年递增。全世界大约有5000万痴呆患者,每年新增病例1000万,给个人、家庭和社会带来了沉重的身体、心理和经济负担。

 

由于痴呆病程长,在发病前20年就会出现病理性改变,当患者诊断为痴呆时,往往已错过了最佳的治疗时间窗。因此,亟需寻找早期预测痴呆的方法,识别痴呆高风险人群。为此,郁金泰教授团队及合作者开展了此项研究。

 

研究人员在英国生物样本库(UK Biobank)的纵向人群队列中,随访了425159位40~69岁的非痴呆参与者(中位随访时间为11.9年),其中5287位参与者被诊断为新发痴呆。研究纳入参与者的认知、生化、行为和基因等多维度健康相关指标366个,涵盖了广泛的遗传和环境因素。

 

随后,研究人员运用机器学习算法,计算每个指标对痴呆预测模型的重要程度,最终选出排名前十的指标作为痴呆预测因子,构建了UKB-DRP痴呆预测模型。这十个预测因子是:年龄、载脂蛋白E(ApoE)基因、认知配对测试时长、腿部脂肪百分比、服药数量、认知反应测试时长、呼气峰流量、母亲死亡年龄、慢性疾病和平均红细胞体积。

 

预测因子重要度排序和模型纳入预测因子对痴呆的预测效能(水平杆范围越宽,对预测的影响越大) 

 

UKB-DRP痴呆预测模型对未来五年、十年甚至更长时间的全因痴呆和阿尔茨海默病的预测效能均较高,其中全因痴呆的预测AUC值为0.85,而阿尔茨海默病的预测AUC值更高,可达0.86~0.89。AUC的取值范围在0.5和1之间,AUC越接近1.0,检测方法真实性越高。

 

研究人员进一步对UKB-DRP预测痴呆模型的风险校准度进行了评估,模型预测的新发痴呆事件和观察到的痴呆发生事件一致性较高。研究人员还将UKB-DRP痴呆预测模型与国际上已发表的预测模型进行了比较,结果表明UKB-DRP痴呆预测模型的预测精度明显更优。

 

除此之外,UKB-DRP痴呆预测模型的优势在于,其纳入的十个预测因子可以从问卷调查、简单查体和常规血液检查中快速获取。相比其他基于昂贵全基因组测序、有创腰椎穿刺或PET影像等复杂预测因子建立的模型,UKB-DRP痴呆预测模型可广泛应用于各级医疗单位的早期筛查。

 

为便于民众一键式操作,研究团队研发了UKB-DRP痴呆预测模型的网页版应用(https://jiayou0907.shinyapps.io/UKB-DRP-Tool/)。使用者在页面左侧输入待测个体的相关信息,就可以获取个体未来五年、十年甚至更长时间的痴呆发病风险。

 

总之,本研究确定的全新痴呆风险预测模型,为痴呆的早期筛查提供了有力工具,有利于在疾病早期开展有效的精确预防和干预,进而延缓病程进展,降低疾病负担。

 

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2022-08

 

当前,我国人工智能产业保持高速发展态势,在许多方面的应用都处于世界前列,逐步形成了包括人工智能根技术、基础软件和应用场景在内的相对完善的产业体系。但是也还面临诸多挑战,其中重要的一条就是根技术还相对落后。人工智能根技术若不能实现突破,我国在人工智能产业领域将难以与生态成熟、市场广阔、用户众多的少数先发国家竞争。

面对这些问题和挑战,在今年大会的技术创新板块,围绕“脑机接口”、“大规模预训练模型”、“高端智能芯片”、“无人系统”、“元宇宙”、“智能终端”、“算力”、“AI开发框架”、“AI for Science”、“金融科技”、“科技营销(智能推荐算法)”、“认知智能”、“软硬件协同”、“生成式人工智能”、“数据智能”、“学术专场”等16个标签方向展开设置,通过探讨顶层设计、构建生态体系、聚焦技术本质,全面探索人工智能最前沿技术方向,不断拓宽技术生态新疆域。本篇将重点为大家解读WAIC 2022脑·机智能融合-让大脑连接未来论坛,一起见证目前最热的硬核科技突破,共谋脑机接口技术未来。
WAIC 2022|脑·机智能融合-让大脑连接未来论坛

论坛名称:脑·机智能融合-让大脑连接未来论坛

主办单位:中国科学院上海微系统与信息技术研究所

承办单位:脑虎科技、天桥脑科学研究院(TCCI)

协办单位:中国神经科学学会、上海神经科学学会

时间:2022年9月2日 9:30-17:30

地点:上海世博中心·618会议室

领域:技术创新-脑机接口

扫描二维码在“苏格拉底实验室”观看直播

 

 

01 脑·机智能融合-让大脑连接未来论坛

脑机接口作为当前脑科学和人工智能领域最活跃的研究方向,是极具代表性的跨学科创新型技术,经过了半个多世纪的发展,脑机接口技术受到广泛关注,而且将会使人类步入人类智能与机器智能共融的时代。

 

脑机接口作为今年世界人工智能大会的“硬核”亮点之一,首次以主题论坛的形式重磅登陆。本次“脑·机智能融合-让大脑连接未来”的主题论坛由世界人工智能大会组委会为指导单位,中国科学院上海微系统与信息技术研究所主办,上海脑虎科技有限公司、天桥脑科学研究院为承办单位,中国神经科学学会、上海神经科学学会为协办单位,当天下午还将设立“探索脑赛道”分论坛。

 

 

本次论坛将在现场进行跨学科、跨领域、跨国界的高端深入交流,激荡前沿智慧,凝聚顶尖科技力量,活动邀请了目前国内外在神经科学领域有深入研究和产业成果的嘉宾出席。神经科学家张旭院士,华山医院院长毛颖,英国皇家工程院院士、上海交大医疗机器人研究院院长杨广中,浙江大学脑科学与脑医学学院院长胡海岚,TCCI应用神经技术前沿实验室主任Gerwin Schalk,中科院上海微系统所副所长、脑虎科技首席科学家陶虎,脑虎科技创始人、CEO彭雷共同出席论坛并发表主题演讲。

 

 

02 首次发布自主知识产权的柔性脑机接口科技成果

在上午的主题论坛上,中国科学院上海微系统与信息技术研究所将联合脑虎科技面向全球首次发布自主知识产权的柔性脑机接口科技成果,进一步引领并推动我国脑科学与智能科技的核心与关键技术,成为壮大经济社会发展的新动能。

脑虎团队开发的“微创植入式高通量柔性脑机接口”将来可应用于临床重大脑疾病诊治和脑功能探索,是解决渐冻症、高位截瘫、癫痫等重大脑疾病的重要手段

 

这是继2021年陶虎团队的“微创植入式高通量柔性脑机接口”获得WAIC最高奖项—SAIL奖(Superior AI Leader,卓越人工智能引领者)后第一次公开发布阶段性科技成果,值得期待。

 

 

03 圆桌论坛,探索脑赛道

下午,脑虎科技将携手天桥脑科学研究院(TCCI),用知识汇聚全球学者,鼓励学术交流分享,激发跨国界、跨学科观点碰撞,不断探索科学边界,持续推动科研创新。现场来自国内外知名学术界、科研院所、知名高校及科技企业的多位顶尖专家,将分享科研领域的学术认知,分享报告涉及脑神经领域、声光遗传技术、数字技术和实体经济融合、多感知和智能神经调控技术、AI方向等多个议题。

演讲嘉宾来自国家重大科学研究计划项目首席科学家、中科院空天院研究员蔡新霞教授、复旦大学类脑智能科学与技术研究院副院长王守岩、美国德州大学奥斯汀分校生物医学工程系王辉亮教授、燧人医疗首席执行官蔡江、科大讯飞创始人胡郁。现场设置圆桌论坛,各位嘉宾将在各自的研究领域细谈脑机接口的行业挑战与机遇。

 

WAIC 2022
2022世界人工智能大会(WAIC 2022) 将于2022年9月1-3日在上海举办。大会由国家发展和改革委员会、工业和信息化部、科学技术部、国家互联网信息办公室、中国科学院、中国工程院、中国科学技术协会和上海市人民政府共同主办。本届大会将通过“会展赛用才”五大板块、围绕“人类、科技、产业、城市、未来”五大元素,以“元宇宙”为切入点,深度演绎“智联世界,元生无界”这个主题。

 

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2022-08

5月30日是全国科技工作者日。为了弘扬科学家精神,团结引导广大科技工作者厚植家国情怀、勇于创新争先,争做高水平科技自立自强排头兵,促进“中国脑计划”顺利实施。中国神经科学学会党委于第六个“全国科技工作者日”前后,在全国范围内组织线上学术专题研讨会,为广大科技工作者提供线上交流平台,并献上诚挚节日祝福,增强科技工作者自豪感、获得感、认同感。

本届线上学术专题研讨会第二期将于2022年7月23日召开,由中国神经科学学会联合上海神经科学学会主办,活动主题为“铁代谢与神经退行性疾病研究进展”。该系列会议得到天桥脑科学研究院(TCCI)和其旗下全球在线脑科学家社区苏格拉底实验室(Socratic Lab)、追问媒体(Nextquestion)的特别支持。

参会者需注册相关信息后进入直播平台,欢迎评论留言提问题,与会议报告人进行学术交流。

欢迎扫码参与线上专题研讨会!

参会方式:

网页PC端:

https://www.socraticlab.com/s?AqBuQoLAx

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参会方式:

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2022-07

TCCI-neurochat神聊2022将于6月10日召开,届时来自全球的从事认知科学研究的华人青年科学家将在线上带来精彩的学术交流。此次会议再次得到了天桥脑科学研究院(TCCI)的冠名赞助,以及研究院旗下的科学家社区苏格拉底实验室和媒体追问的特别支持。

 

 

 在2021年的TCCI-neurochat神聊全球华人青年科学家认知科学会议上,18位华人青年科学家与近三千名参会者在线交流探讨认知科学的研究成果,反响热烈。
        会议主要组织者之一、上海交通大学心理与行为科学研究院副研究员、TCCI 研究员张洳源表示,2020年,受到疫情的影响,传统的线下学术交流被迫中断,本已经不多的青年科学家交流展示更是受到巨大影响。当时还在海外工作的他,和一批志同道合的华人科学家自发主办了这个会议,希望让全球认知、神经科学、心理学等相关领域的华人青年科学家在线神聊“理解人脑与外界的互动”。第一届会议得到了较好的反响,从去年第二届开始更是得到了TCCI的独家资助和支持,大家有信心把这个会议办成一个全球从事该领域研究的华人青年科学家的不落幕的交流舞台。
        今年会议交流科学家包括北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室的薛贵教授、美国罗切斯特大学大脑与认知科学Duje Tadin 教授两位知名学者,更多唱主角的是青年科学家,如美国西奈山伊坎医学院吴争助理教授、美国西达赛奈医学中心付钟正博士、美国达特茅斯学院心理与脑科学系马飞龙博士、浙江大学脑与脑机融合前沿科学中心贾珂研究员、法国CEA和INSERM联合脑成像研究中心NeuroSpin的朱棋研究员、德国维尔茨堡大学周雨青博士、北京大学心理与认知科学学院彭玉佳研究员、北京大学物理学院曹淼博士、香港城市大学李吉星助理教授、爱荷华大学儿科-精神系蒋静助理教授。

 

 

会议议程

        十位横跨大洋彼岸的演讲者将从神经元到神经环路,从模式动物到社会群体,从语言到交互,从计算建模到精神病理等等角度,给大家带来神经科学的最前沿成果。6月10日、11日,欢迎各位同道齐聚线上会议室,共同参与这场精彩的学术探讨大会。

 

参会方式:

  • 网页PC端:

https://socraticlab.com/webinar/3a042b6e-e64a-1262-dcc5-d79e5b332967

  • 手机端:

扫描下方二维码,下载APP Socraticlab (不支持手机打开网页观看)

 

    2016年,天桥脑科学研究院(简称TCCI)发起10亿美元资助全球脑科学的项目,先后宣布了对美国加州理工学院1亿美元基础研究,以及在中国5亿元人民币的脑科学临床研究的资助。在中国,TCCI与基石合作伙伴复旦大学附属华山医院和上海市精神卫生中心分别合作建立了的应用神经技术前沿实验室和人工智能与精神健康前沿实验室。
        以促进科学界的交流和协作为己任,TCCI在全球持续支持了包括中国,欧洲,日本,美国等国家神经科学年会。2021年在重庆举行的中国最大规模的神经科学年会上,TCCI不仅继续赞助支持大会的主题发言,还首次在现场举办了TCCI专题学术论坛。除知名机构主办的大型会议外,青年科学家自发组织的学术会议也得到了TCCI的广泛支持。

 

08

2022-06

5月30日是全国科技工作者日。为了弘扬科学家精神,团结引导广大科技工作者厚植家国情怀、勇于创新争先,争做高水平科技自立自强排头兵,促进“中国脑计划”顺利实施。中国神经科学学会党委决定于第六个“全国科技工作者日”前后,在全国范围内组织首届线上学术专题研讨会,为广大科技工作者提供线上交流平台,并献上诚挚节日祝福,增强科技工作者自豪感、获得感、认同感。

本届线上学术专题研讨会第一期将于2022年6月6日全国爱眼日召开,由中国神经科学学会和天桥脑科学研究院(TCCI)联合主办,本期活动主题为“转录、细胞和计算水平解析视觉功能及其异常”参会者需注册相关信息后进入直播平台,欢迎评论留言提问题,与会议报告人进行学术交流。

欢迎扫码参与线上专题研讨会!

网页PC端参会链接

https://socraticlab.com/webinar/3a03c82e-0dca-1f05-5a6e-6afee0d1b86d

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主办单位:中国神经科学学会、天桥脑科学研究院(TCCI)

本次活动由AIbrain、蔻享学术、Socraticlab、知识分子等平台支持。

02

2022-06

  焦虑症是全世界最普遍的精神疾病之一。焦虑是一种高度忧虑、唤醒和警惕的精神状态,通常由对威胁的预期引起。荟萃分析表明,诱发性焦虑和病理性焦虑之间存在重叠的神经生物学机制,从而可以通过诱发状态焦虑来研究焦虑的机制和干预效果。

      现有的状态焦虑测量,如常用的状态焦虑量表(STAI-S),主要依赖于时间分辨率较低的主观性问卷。并且,状态焦虑不仅伴随着即时的心理反应,表现为情绪的高唤醒、低效价和低支配性等特征;同时也伴随着相应的生理反应,例如心率增加、心率变异性降低和皮肤电导水平升高。然而,目前仍然缺乏基于心理和生理反应的状态焦虑的定量表征,这限制了焦虑诱导范式中不断变化的状态焦虑水平的动态跟踪。

      天桥脑科学研究院(TCCI)研究员、上海交通大学医学院附属精神卫生中心杨志教授团队近期在发表于《精神病学前沿》杂志上的一项工作中,揭示了一种具有高时间分辨率的状态焦虑跟踪模型。为了捕捉状态焦虑水平的动态变化,在实验中通过暴露于厌恶图片或电击风险来诱导被试的状态焦虑(任务前后测量STAI-S的评分),并同时记录多模态数据,包括情绪维度评分、心电和皮肤电反应。研究者基于多模态数据训练和验证了预测状态焦虑的机器学习模型。

 

图1. 实验流程

 

      研究者首先行为测试确认两种焦虑诱发任务均成功地诱发了状态焦虑,再通过相关分析检验心理和生理特征与 STAI-S 分数之间的关系,发现情绪维度指标VAD与STAI-S存在焦虑相应的显着的相关关系;特定的生理指标同样也与状态焦虑密切相关。接着,研究者基于多模态数据将四种不同的回归模型用于预测 STAI-S并比较了它们的预测性能。结合心理特征和生理特征时,回归模型预测的 STAI-S 和实际的 STAI-S 之间的存在显着的正相关关系。并且,单独使用生理特征时,回归模型同样也可以预测 STAI-S。

 

图2. 多模态数据预测STAI-S

 

      本研究提出了一种基于心理和生理的多模态数据的状态焦虑动态跟踪模型,该模型反映了个体状态焦虑在高时间分辨下的动态变化。并且,该模型仅使用客观且易于获取的生理信号便可准确测量静息状态下的状态焦虑,为未来的情感脑机交互和焦虑调节研究提供了状态焦虑水平的敏感性测量。

      上海交通大学医学院附属精神卫生中心丁悦副研究员、刘静静硕士生为本工作第一作者。该项工作受到国家自然科学基金、上海市科委、及天桥脑科学研究院(TCCI)的资助。

Ding Y, Liu J, Zhang X, Yang Z (2022): Dynamic Tracking of State Anxiety via Multi-Modal Data and Machine Learning. Front Psychiatry 13: 757961.

10

2022-05

4月14日,全球性信息分析公司爱思唯尔(Elsevier)正式发布了2021“中国高被引学者” (Highly Cited Chinese Researchers) 榜单。天桥脑科学研究院(TCCI)的两名研究员陶虎和郁金泰教授成功入选。

TCCI 研究员陶虎

 

    陶虎现任中科院上海微系统所研究员、TCCI 研究员、2020前沿实验室的创始主任,2020年上海青年科技杰出贡献奖获得者。陶虎博士率领其团队在微纳传感器、生物医用材料、脑机接口等领域发表了多篇顶级论文、在Science、Nature、PNAS等期刊上发表论文80余篇,其中27篇被选为封面文章,总引用15000余次。国内外专利20余项,部分已成功实现技术转化。申请了该领域的数十项核心专利,是行业最具前瞻性及科研能力的代表性科学家之一。

 

TCCI 研究员郁金泰

 

    郁金泰现任复旦大学附属华山医院神经内科主任医师、教授,TCCI研究员。郁金泰教授围绕老年痴呆的预防、诊断和治疗等关键科学问题进行深入研究,牵头联合中国、美国、英国、加拿大、法国等国家17个顶级权威教授发布全球首个老年痴呆循证预防国际指南,首次建立老年痴呆的血浆ATN早期诊断新方案。他曾入选2019年神经科学领域中国高被引学者,入选欧洲著名Expertscape机构公布的“全球痴呆专家”的国际排名第24名。

    据悉,本次上榜共计4701人,来自523所高校、企业及科研机构,覆盖教育部10个学科领域、84个一级学科。榜单以全球权威的引文与索引数据库(Scopus)作为中国学者科研成果的统计来源,采用软科设计的遴选方法,最终得到4701名各学科最具全球影响力的中国学者。

27

2022-04

我国科学家首次绘制脑发育黄金期生长曲线

脑是人类智慧的所在。6岁时,儿童的大脑成熟度超过90%。因此,6岁之前被认为是脑发育的“黄金”期,是感知觉经验和智力发育的核心阶段。多种遗传、环境因素引起的脑发育异常(如自闭症),多于此年龄阶段累积并呈现症状。童年脑发育与功能的完善,不仅是人脑早期发展与重塑的基石,也是人生意义和价值判断形成的生理基础,是毕生幸福感的源泉。

长久以来,受到临床检查手段、家长与儿童配合度、神经影像模型构建方法等限制,人脑发育期的影像图谱研究多集中在6岁以后的年龄段,严重制约了人们对脑发育关键期的机制理解,也阻碍了基于影像技术对脑发育疾病的早期诊断体系的进展。因此,脑发育领域中始终缺乏“生长曲线”这一“度量衡”的构建,使得我们无法对儿童的脑发育状态实施“脑龄”、“脑发育得分“等精准评估。

天桥脑科学研究院(TCCI)研究员、上海交通大学医学院附属精神卫生中心杨志教授、袁逖飞教授与浙江大学医学院附属儿童医院的傅君芬教授、张洪锡主任及合作者基于近十年的儿童脑影像数据积累,联合发布了首个儿童1-6岁脑生长曲线模型,精细刻画了脑在发育黄金期的结构变化,发展了儿童的个体化发育状态评估方法。

研究团队首先系统描绘了脑主要组织(皮层体积、皮层厚度、脑白质体积、皮层下核团体积)随年龄的变化规律(图1),进一步针对各个脑区如扣带回、额叶皮层、杏仁核、海马等)实现精细分割并绘制图谱,阐明其动态变化规律(图2)。

图1. 大脑皮层厚度在发育期的动态变化

图2.不同脑区厚度与体积随年龄变化规律
 
进一步,研究团队致力于构建儿童脑生长曲线,以实施“个体化脑检查”与“脑发育得分”的评估。团队构建了总共90个脑形态特征的生长曲线模型,用于评估儿童的每个脑结构在同龄、同性别群体中的相对位置,即“脑发育得分”,从而显示某些脑结构的发育异常。团队结合“脑发育得分”和机器学习技术,准确识别了儿童的语言言语发展迟缓症状,准确率达87.5%(图3)。

图3. 儿童脑生长曲线图表(仅展示部分脑区)及识别脑发育异常的应用
 
这些研究为脑发育黄金期的个体化、精细化评估提供了标准化模型,也为多种脑发育疾病的早期识别、诊断与个性化评定提供了重要依据。“脑发育得分”的精准评估,是儿童脑科学研究的基础工具;不同脑区的个体化生长曲线,有助于揭示智力、情感、人格、幸福感、创造力等重要脑功能的发育模式,也为童年教育中的因材施教、个体化培养提供了新途径。

该研究于2022年4月14日在线发表在国际著名神经影像学期刊《NeuroImage》上(doi:10.1016/j.neuroimage.2022.119178)。杨志、袁逖飞、傅君芬为通讯作者,张洪锡和李嘉为第一作者。该研究受到了国家自然科学基金等项目资助。

论文信息:
Hongxi Zhang, Jia Li, Xiaoli Su, Yang Hu, Tianmei Liu, Shaoqing Ni, Haifeng Li, Xi-Nian Zuo, Junfen Fu, Ti-Fei Yuan, Zhi Yang, Growth charts of brain morphometry for preschool children,NeuroImage,2022,119178
具体图表展示:
http://phi-group.top/resources.html
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2022-04