探秘“終極疆域”，國產科研大裝備賦能中國腦計劃

在上海科技大學生物醫學工程學院地下一層，一臺國產科研大配備——高度定制、用于腦科學前沿根底研討的3.0T磁共振體系，正在收集志愿者的腦印象。

正在收集志愿者圖像的國產科研大配備(受訪者供圖)

這是國家科技立異2030-“腦科學與類腦研討”重大項目的一部分。產學研醫四方攜手攻堅，首次使用國產高端磁共振賦能我國腦方案，將制作我國首個嬰幼兒動態腦圖譜和發育軌道，為兒科臨床、類腦與人工智能等科技前沿供給根底支撐，推進國產科研大配備產業包圍與展開。

首次給我國嬰幼兒的大腦“畫地圖”

對人類大腦的研討，被稱作是自然科學的“終極邊境”。

“根據世界衛生組織《全球疾病負擔研討》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;在我國，早產兒篩查異常率高達18%。但是，科學家們對這些疾病的發病原因、如何早發現早治療，都一知半解。”上海科技大學生物醫學工程學院嬰幼兒腦發育印象實驗室主任張寒說。

作為上述大科學方案的一部分，“嬰幼兒腦發育行列”項目近來在上海科技大學正式開題，將聚集嬰幼兒早期發育階段大腦結構、功用、聯接的重大改變，建設我國首個0至6歲正常發育嬰幼兒聚合穿插大行列，制作我國首個嬰幼兒動態腦圖譜和發育軌道，并展開前沿技能和發育機制研討。

與成年人發育老練的大腦不同，新生兒出生第1年大腦發育速度極快，大腦容量和形態特征快速改變，這對數據收集、成像技能和數據分析技能均提出了更高要求。哪怕此前已經積累了很多研討，但根據成人大腦的技能對嬰幼兒大腦圖像的適用性也十分有限。

精準的丈量和分析嬰幼兒早期腦發育圖譜和發育軌道，可認為早期識別確診乃至治療嬰幼兒相關疾病供給要害依據。

“醫生經過行為測試，大約在2歲左右可以識別出自閉癥兒童，但此時進行治療干涉已經錯過了‘黃金治療期’。咱們期望經過腦發育的根底研討，更早識別、治療這些‘未解之病’，造福更多家庭。”張寒說。

國產大配備與國家前沿科學研討雙向“賦能”

近1000億個神經元和100萬億個聯接……研討人腦，高清圖像的數據收集是根底條件，研討嬰幼兒的腦部發育更非易事。嬰幼兒易動，無法忍耐磁共振的噪聲和長期掃描，往往只要在睡眠狀態才有可能收集到高質量的數據。

“咱們引入了國產科研大配備——3.0T磁共振uMR890進行全方位掃描，配備搭載了根據人工智能技能的uAIFI‘類腦’渠道，不只圖像高清，還可將掃描時間節約約44%，腦結構成像噪聲下降約28%至34%，極大提高了嬰幼兒腦印象數據收集效率和成像質量。”張寒說。

記者在這臺定制化的國產科研大配備上看到，為適應兒童的生理和心理特點，體系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，簡直每天都和科學家們待在一起，第一時間呼應科研需求，隨時進行設備的調整和升級。

“成人掃描磁共振所使用的線圈對嬰幼兒來說尺寸過大，咱們就第一時間開發了嬰幼兒頭頸脊柱聯合線圈，把線圈內徑從26厘米削減到合適嬰幼兒體型的18厘米，線圈更嚴密貼合成像區域，掃描圖像更明晰。為了讓科研人員收集數據更便利，咱們讓線圈軸向覆蓋范圍更大，這樣掃描過程中不需要移動嬰兒或許更換掃描線圈就能一次性完成掃描。”聯影醫療董事長張強說。

產業配備儀器和根底科學“無縫”聯接，是一種雙向“賦能”。據介紹，這一前沿研討項目，不只聚集“0至1”的原始立異，還將繼續聯手高端醫療配備產業公司，共同開發適用于腦智發育研討的智能化、高性能的成像設備和渠道，處理要害中心技能問題。

“技能的展開與前沿科學研討的進步是相得益彰的，在國家重大前沿科研項目中，咱們既要研討處理各種科學問題，也要帶動國產設備中心技能的展開和打破，雙向‘賦能’。”上海科技大學教授、生物醫學工程學院創始院長沈定剛說。

探索產學研醫四方攜手攻堅

長期以來，高場磁共振醫學印象設備的部件和整機制造被外企壟斷;國產高端設備支持前沿科學領域研討，更是難上加難。此次使用的3.0T磁共振科研配備，因全面掌握這一領域的中心部件技能，曾獲2020年度國家科技進步獎一等獎。

“從根底立異的最早一公里走到產業落地的最終一公里，再從產業技能反哺根底研討，最重要的是產學研醫四方的攜手，企業與高校、新型研發組織、醫院深度協作，跨部門、跨行業、跨區域進行協同立異。”張強說。

“咱們很期望這個形式可以復制。”上海市科委根底研討處處長宋揚說。2021年，上海市科委牽頭，正式啟動“探索者方案”，引導和鼓勵有條件的重點企業出資與政府聯合建立科研方案，重點聚集集成電路、生物醫藥、人工智能三大重點產業在展開中的重要科學問題和要害技能難題，采用“揭榜掛帥”的方式，推進自主立異。

“人腦的運作機理是什么?特定腦疾病是產生什么病變引起的?人腦的結構如何為人工智能算法賦能?這是我國腦方案的特征。”沈定剛說，期望經過研討，不只可以在腦科學領域取得激動人心的發現，還能為國產大配備實現中心要害技能的自主可控供給關鍵，形成獨一無二的“我國腦方案”。