李坤成，梁佩鵬

(1.首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院放射科，北京 100053；2.磁共振成像腦信息學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100053；3.首都師范大學(xué)心理學(xué)院，北京 100048)

目前，意識(shí)的起源、智力的物質(zhì)基礎(chǔ)仍是人類的未解之謎；同時(shí)，嚴(yán)重危害人類健康的神經(jīng)、精神疾病日漸增多，大腦結(jié)構(gòu)和功能的正常狀態(tài)及大腦發(fā)育、發(fā)展和退化規(guī)律仍不清楚。因此，深入研究正常人和病理狀態(tài)下的腦內(nèi)信息加工過程，對(duì)于研究腦、認(rèn)識(shí)腦、保護(hù)腦和開發(fā)腦均有重要意義，已成為當(dāng)今國際前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。腦成像技術(shù)是研究上述問題的重要途徑，而從整體、系統(tǒng)水平構(gòu)建活體、多模態(tài)、數(shù)字化的正常人“標(biāo)準(zhǔn)腦圖譜”是解決這些問題的核心之一。人類腦圖譜的構(gòu)建和應(yīng)用屬于腦與認(rèn)知科學(xué)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。借助腦圖譜這一標(biāo)準(zhǔn)參考空間，研究者可以比較或綜合不同模態(tài)、不同大腦狀態(tài)(健康或疾病)、世界各地不同實(shí)驗(yàn)室的腦成像結(jié)果[1]。

最早應(yīng)用于研究的腦圖譜是由Talairach和Tournoux于1988年共同完成的Talairach腦圖譜，該圖譜的數(shù)據(jù)來自1具56歲法國婦女尸體，應(yīng)用布羅德曼分區(qū)作為腦區(qū)的標(biāo)簽，坐標(biāo)系統(tǒng)為Talairach坐標(biāo)，又稱之為Talairach空間。布羅德曼分區(qū)是一個(gè)根據(jù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)將大腦皮層劃分為一系列解剖區(qū)域的系統(tǒng)，最早由Korbinian Brodmann提出，包括每個(gè)半球的52個(gè)區(qū)域。Talairach坐標(biāo)系統(tǒng)是一種人大腦的三維坐標(biāo)系統(tǒng)，以圖形標(biāo)示大腦結(jié)構(gòu)的位置，由于應(yīng)用映射變換，故基本不受腦大小和腦整體形狀個(gè)體差異的影響?；赥alairach腦圖譜，來源于MRI、PET和其他影像學(xué)方法的個(gè)體圖像可方便地標(biāo)記到Talairach標(biāo)準(zhǔn)空間，進(jìn)而推斷腦區(qū)部位[2]。

蒙特利爾神經(jīng)學(xué)研究所(montreal neurological institute， MNI)構(gòu)建了一系列腦模板，包括MNI305、MNI152和MNI452等，其中MNI152應(yīng)用最廣泛[3]，此標(biāo)準(zhǔn)腦圖譜來自152名年輕成人的高空間分辨率腦圖像數(shù)據(jù)，與Talairach圖譜不同，屬于活體概率腦圖譜。MNI的研究者將這些大腦通過仿射轉(zhuǎn)換后與MNI305圖譜進(jìn)行對(duì)應(yīng)，再將這152個(gè)大腦數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，得到了更清晰、精確的腦標(biāo)準(zhǔn)模板。該模板是腦成像國際聯(lián)盟(International Consortium for Brain Mapping， ICBM)公認(rèn)模板，故也被稱為ICBM152模板，目前大部分神經(jīng)成像研究采用該模板。為得到更加清晰的腦圖譜，MNI對(duì)1位研究人員Colin Holmes進(jìn)行了27次大腦掃描，再將這些掃描數(shù)據(jù)與MNI305進(jìn)行配準(zhǔn)，然后進(jìn)行平均獲得了更加清晰和精確腦圖譜，稱之為柯林-27標(biāo)準(zhǔn)大腦圖譜[4]。目前，許多基于MNI大腦模板的神經(jīng)成像結(jié)果均是基于柯林-27圖譜顯示。

然而，不同人群(按照年齡、性別、種族等)的大腦存在顯著形態(tài)學(xué)差異，包括大腦的形狀和尺寸。已有的腦圖譜或來源于個(gè)別尸體解剖資料(如Talairach腦圖譜)、或來源單個(gè)或小規(guī)模樣本(如MNI152等)，當(dāng)其應(yīng)用于不同年齡段、不同性別及不同種群時(shí)，可能產(chǎn)生較大的偏差，已成為制約腦功能和結(jié)構(gòu)研究的主要問題之一。

由于缺少統(tǒng)一的正常中國人標(biāo)準(zhǔn)腦圖譜，因此，在既往腦科學(xué)研究和應(yīng)用中，只能將中國人的腦圖像配準(zhǔn)到西方人的標(biāo)準(zhǔn)腦圖譜。由于東西方人的大腦形態(tài)存在顯著差異，因而常導(dǎo)致腦功能和結(jié)構(gòu)定位的誤差甚至錯(cuò)誤。因而，迫切需要研發(fā)中國人的腦圖譜以支持針對(duì)中國人的神經(jīng)科學(xué)研究和臨床應(yīng)用。

首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院放射科李坤成教授團(tuán)隊(duì)與合作者，開發(fā)了中國人3D結(jié)構(gòu)腦圖譜，命名為“Chinese2020”，并定義了中國人標(biāo)準(zhǔn)腦空間，標(biāo)記了相應(yīng)的AAL腦區(qū)，且為不同年齡段和性別的中國人群構(gòu)建了概率腦圖譜[5]。該腦圖譜基于一組多中心大規(guī)模數(shù)據(jù)，因而具有廣泛的代表性，可提供關(guān)于中國人群客觀、準(zhǔn)確的影像學(xué)信息；同時(shí)，該腦圖譜是動(dòng)態(tài)的，針對(duì)不同年齡、性別有不同的腦圖譜，因而可支持進(jìn)行有關(guān)大腦發(fā)育、老化理論的驗(yàn)證和比較。對(duì)于中國人群的腦成像研究，與配準(zhǔn)到西方人腦圖譜相比，配準(zhǔn)到Chinese2020的形變更小，功能和結(jié)構(gòu)定位的灰質(zhì)占比更高；與基于AAL圖譜的海馬分割相比較，基于Chinese2020的分割準(zhǔn)確率更高。以上結(jié)果說明，Chinese2020可更好地表征中國人群的大腦形態(tài)學(xué)特征。目前，Chinese2020已可供全球研究人員免費(fèi)下載使用(www.chinese-brain-atlases.org)，是首個(gè)實(shí)際可用的中國人3D結(jié)構(gòu)腦圖譜。Chinese2020已被應(yīng)用于阿爾茨海默病[6]、帕金森病、腦血管病、睡眠障礙等神經(jīng)精神疾病的影像學(xué)研究，被用于靜息態(tài)/任務(wù)態(tài)功能MRI[7]、形態(tài)學(xué)分析等多模態(tài)MRI數(shù)據(jù)分析，部分內(nèi)容也可見本期專題文章。

為構(gòu)建更為精細(xì)的中國人3D結(jié)構(gòu)腦圖譜以及構(gòu)建中國人白質(zhì)纖維腦圖譜，首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院牽頭(李坤成教授為PI)發(fā)起了一項(xiàng)新的中國人腦結(jié)構(gòu)圖譜多中心、多學(xué)科研究。本多中心項(xiàng)目采用Siemens Prisma3.0T高端MRI儀及64通道頭線圈，目前已完成收集1000名健康志愿者(18歲以上)的多模態(tài)MRI數(shù)據(jù)，正處于數(shù)據(jù)分析階段，將構(gòu)建和發(fā)布更為精細(xì)的中國人3D結(jié)構(gòu)腦圖譜和白質(zhì)纖維腦圖譜。

不同年齡、疾病狀態(tài)等均應(yīng)有不同的腦圖譜，故針對(duì)中國人的腦圖譜也應(yīng)對(duì)應(yīng)不同年齡、疾病狀態(tài)等，構(gòu)建由不同腦圖譜組成的腦圖譜庫。后續(xù)的工作還應(yīng)包括：①中國兒童腦圖譜的構(gòu)建，以用于腦發(fā)育研究；但由于配合程度、資金、倫理等問題，制作兒童腦圖譜的難度較大；②考慮到中國人(蒙古人種的代表)與西方高加索人(白種人)的腦結(jié)構(gòu)有明顯差異，而中國維吾爾族的主要基因來源是高加索人(白種人)，因此，今后若能構(gòu)建中國維吾爾族成人腦圖譜，則更便于與漢族比較；③至今尚不清楚缺氧是否造成居住在高海拔地區(qū)人群的腦功能和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，故居住在高原地區(qū)人群可能與低海拔地區(qū)人群的腦結(jié)構(gòu)存在差異，因此，有必要構(gòu)建高原地區(qū)成人腦圖譜；④由于與大腦比較，小腦結(jié)構(gòu)和功能均簡單，故目前國內(nèi)外僅有大腦圖譜，但小腦在許多正常和疾病腦功能方面(尤其靜態(tài)腦連接)發(fā)揮重要作用，因此有必要構(gòu)建中國人小腦圖譜；⑤針對(duì)嚴(yán)重影響人民群眾健康和生命的重大腦疾病，應(yīng)逐個(gè)構(gòu)建專門疾病腦模板，有可能配合遠(yuǎn)程影像學(xué)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)的進(jìn)展，將之應(yīng)用于臨床工作。