國產大設備為3億中國兒童打造“大腦金標尺”

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“看起來像毛線團一樣，特別絢爛好看”。4歲的落落（化名）在看見自己的大腦神經圖像時拍手驚嘆。這張圖像來自一臺高度定制、用于腦科學前沿基礎研究的國產科研大裝備3.0T磁共振系統。

作為第一批參與嬰幼兒腦圖像實驗的小志愿者，落落開心將掃描腦圖像的過程比喻成“太空之旅”。磁共振幽深的孔徑并沒有勸退落落，她從容的躺進“太空艙”，準備開啟她的“任務”。掃描完后，她開心地說道：“帶上有 ‘天線’的感應頭盔，不開口就能猜到我在‘想什么’。”

落落參與的是國家科技創新2030-“腦科學與類腦研究”重大項目之一“嬰幼兒腦發育隊列”項目。該項目由上海科技大學生物醫學工程學院創始院長沈定剛指導，上海科技大學生物醫學工程學院博士生導師、嬰幼兒腦發育影像實驗室主任張寒牽頭。項目聚焦嬰幼兒早期發育階段大腦結構、功能、連接的重大變化，將建設中國首個0-6歲正常發育嬰幼兒聚合交叉大隊列，繪制嬰幼兒腦發育圖譜和軌跡，揭示影響發育的遺傳和環境因素，探索基因、環境共同作用下的腦和行為發育機制，為3億中國兒童打造一份“大腦金標尺”。

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兒童志愿者正在佩戴耳機，用于腦影像掃描聽覺刺激呈現  聯影醫療供圖

“大腦就像一棵樹，0-2歲大腦細胞快速生長發育，之后神經纖維和突觸如樹叉分支，越長越密，6-7歲就與成人的大腦相差無幾。磁共振得出的大腦高清影像，可以觀察到嬰幼兒大腦的結構、功能、以及大腦各區域的連接情況。不同生長階段的圖像揭示大腦在成長過程中的變化軌跡。”項目合作單位之一、上海師范大學兒童發展與家庭研究中心主任李丹對大腦的比喻，更直觀表明了孩童時期的大腦是一個飛速變化的過程。

“兒童大腦不是成人的縮小版，兒童研究一定是最復雜的。”項目合作單位之一、復旦大學附屬兒科醫院廈門醫院放射科主任劉俊剛認為，0-6歲是疾病的黃金干預期，孩子與成人的病征呈現出‘同病異影’，針對孩子本身的生長發育機制的特殊性，有可能形成一個跑贏時間的診療范式。

不論是從科研教育還是臨床診療都急需一份“金標尺”—— 繪制中國首個嬰幼兒動態腦圖譜，聚焦嬰幼兒早期發育階段大腦結構、功能、連接的重大變化，精準刻畫孩子成長發育軌跡，提前捕捉細微病變。

“根據世界衛生組織《全球疾病負擔研究》顯示，在全球范圍內，5歲以下嬰幼兒中平均每49.5人就有1人患有腦相關疾病，如自閉癥、多動癥、發育障礙等；我國早產兒篩查異常率高達18%。但科學家對這些疾病的發病原因、如何早發現早治療都一知半解。” 張寒說，“醫生通過行為測試，大約在2歲左右可以識別出自閉癥兒童，但此時進行治療干預已經錯過了‘黃金治療期’。我們希望通過腦發育的基礎研究，更早識別、治療這些‘未解之病’，造福更多家庭。”

張寒還提到，中國兒童腦計劃必須有中國的特色，且符合中國的國情，應更加關注智商和情商的雙重發展，以及語言和社會情緒能力發育的基因和環境因素的識別和腦機制，為我國“科學教育”提供參考。

近1000億個神經元和100萬億個連接……研究人腦，高清圖像的數據采集是基礎條件，研究嬰幼兒的腦部發育更非易事。

據張寒介紹，新生兒易動，無法忍耐磁共振的噪聲和長時間掃描，往往只有在睡眠狀態才有可能采集到高質量的數據。為此，他們引入了國產科研大裝備——聯影醫療3.0T磁共振uMR 890進行全方位掃描，裝備搭載了人工智能輔助的壓縮感知技術ACS?，不僅圖像高清，還可將掃描時間節省約44%，腦結構成像噪聲降低約28-34%，這極大提高了嬰幼兒腦影像數據采集效率和成像質量。

據了解，該設備為適應兒童的生理和心理特點，系統多個軟硬件都做了個性化的調整。來自聯影醫療的研發工程師團隊，幾乎每天都和科學家們待在一起，第一時間響應科研需求，隨時進行設備的調整和升級。

“嬰幼兒活潑好動，如何確保掃描圖像清楚？為解決這個難題，我們開發出MoCAP智能無標記運動追蹤校正系統，采用先進3D全息數字點云追蹤，算法自動將每一次‘越軌運動’恢復矯正，始終確保圖像極高精度，大大提升掃描效率和圖像質量。”聯影醫療董事長兼聯席首席執行官張強說。