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人類對生命的探索從未停止，大腦作為人體最復雜的器官，其功能之強大遠未被人類所認識。破譯大腦秘密，不僅有助于對人類腦疾病的處置，還會對信息和智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動作用。
腦網(wǎng)絡組圖譜（視頻截圖）
腦是人體最為復雜的器官。如果想知道大腦是如何工作的，就必須有一個腦圖譜，為復雜的腦部研究進行“導航”。中國科學院自動化所研究團隊突破傳統(tǒng)腦圖譜繪制的瓶頸，提出了 “利用腦連接信息”繪制腦網(wǎng)絡組圖譜的思想，系統(tǒng)建立了新一代人類腦圖譜構建所需的腦亞區(qū)劃分新理論和新方法，完成了腦網(wǎng)絡組圖譜的全面繪制。
無創(chuàng)磁共振成像技術（視頻截圖）
近些年來，以非侵入性磁共振技術為代表的一批腦成像技術實現(xiàn)了在體、無創(chuàng)地對人腦，以前所未有的時空分辨率進行成像。特別是彌散張量成像技術的發(fā)展，為腦網(wǎng)絡組圖譜的繪制提供了技術基礎。
事實上，該技術是活體顯示神經(jīng)纖維束軌跡的唯一方法，舉例來說，如果說磁共振成像是追蹤水分子中的氫原子，那么彌散張量成像便是依據(jù)水分子移動方向繪制的軌跡圖。腦組織中的水分子也在不斷地進行著彌散運動，但它不僅受組織細胞本身特征的影響，而且還受細胞內(nèi)部結構的影響，如白質(zhì)纖維束。在具有固定排列順序的組織結構中，如神經(jīng)纖維束，水分子在各個方向的彌散是不同的，水分子通常更傾向于沿著神經(jīng)纖維束走行的方向進行彌散，這種具有方向依賴性的彌散即稱為彌散的各向異性。
彌散張量成像可以定量地評價腦白質(zhì)的各向異性，通過計算和模型估計，可以確定腦白質(zhì)的主方向，進而完成神經(jīng)纖維束的跟蹤，獲得其解剖連接信息。
彌散張量成像（視頻截圖）
首版腦網(wǎng)絡組圖譜包含了共246個大腦皮層腦區(qū)與皮層下核團結構，而且在體定量描繪不同腦區(qū)亞區(qū)的解剖與功能連接模式。腦網(wǎng)絡組圖譜的構建將引領人類腦圖譜未來發(fā)展從標本走向活體，從粗糙走向精細，從單一的解剖結構描述到集成結構、功能和連接模式等多種知識的綜合描述，為實現(xiàn)腦科學和腦疾病研究的源頭創(chuàng)新提供基礎。
腦網(wǎng)絡組圖譜的解剖連接模式（視頻截圖）
研究已經(jīng)表明，只有從整體、從系統(tǒng)的角度來開展腦研究，才有可能真正認識腦的工作原理。以繪制多模態(tài)跨尺度腦網(wǎng)絡組圖譜研究相關的尖端科研儀器開發(fā)為代表的腦網(wǎng)絡組學研究，將會成為腦科學和腦疾病研究的重要方向，將會為腦科學、腦疾病及類腦計算和智能技術研究帶來革命性變化，為人類“認識腦，開發(fā)腦，改造腦”提供新途徑。
未來圍繞腦網(wǎng)絡組圖譜將會涌現(xiàn)出許多新的前沿領域和多學科交叉研究方向,特別是腦網(wǎng)絡組圖譜對神經(jīng)解剖學、認知科學、兒童青少年腦發(fā)育和教育、人工智能等領域?qū)a(chǎn)生重要推動作用。這不僅是前沿基礎科學問題，也是國家重大需求，具有重要的社會意義與價值。
（文章首發(fā)于科學大院，轉(zhuǎn)載請聯(lián)系cas@cnic.cn）
