骆清铭院士：中国在“脑结构绘制成像”领域已全球领先！

10月28日，首届南渡江智慧医疗与康复产业高峰论坛在海口市盛大召开。本次大会由海口国家高新技术产业开发区管委会和芯原微电子(上海)股份有限公司联合主办，芯原微电子(海南)有限公司、海口市美兰区人民政府、海口国家高新区国际投资咨询有限公司承办。在此次论坛上，中国科学院院士、海南大学校长骆清铭以《脑结构与功能的光学成像》为主题，介绍了其在脑结构的绘制成像即“脑地图”方面的研究进展。

骆清铭院士表示，今天大会的主题智慧医疗与跟康复，这其中很多的疾病与康复问题与人的大脑有关，比如阿尔兹海默症、孤独症、抑郁症、痴呆症、自闭症、一些成瘾问题都是跟脑有关。但是要想很好的解决这些问题，就必须要把人的大脑给研究透彻。

另外，近年来大热的人工智能，未来的进一步发展，其实也与脑科学有关。比如AlphaGO下围棋虽然打败了李世石，但是它的能量消耗是人脑的8000倍。那么人脑是如何以极低的能量消耗实现“智能”的呢？

骆清铭院士指出，脑学科研究就是要认识脑、保护脑和创造脑。但是，在第一步的“认识脑”方面就存在着巨大的难题。认识脑，就要搞清楚脑运行的机理。

曾经获得诺贝尔奖的弗朗西斯克里克，在拿奖之后就开始研究脑科学。但是在研究多年之后，1993年发了一篇文章，依然是说实在搞不懂脑是怎么回事。特别是如果不知道脑子里面连接是什么样子，就没有办法研究脑。之后又过了差不多20年，大脑内的神经元到底是如何连接的仍然没有搞清楚。他直言“我无法忍受我们没有绘制出人类大脑的连接图，没有它，很难有希望了解我们的大脑是如何工作的。”

为什么“认识脑”这么困难呢？其实脑子里面神经元跟我们通常看到的细胞不一样，我们通常细胞都是局部的区域，但是神经元不光有胞体，它跟树枝一样，会发散、会延伸到很远。比如，一个小鼠的脑子的一个立方厘米区域内，神经元的长度可以达到20厘米。

如果将人脑的神经元放到到差不多10的6次方到8次方倍后，那么整个人脑神经元的宽度就好比是四车道，长度差不多29万公里。所以，要想看清楚大脑内的完整的神经元，就需要一个强大的成像技术。相当于需要在中国东西5200公里这个范围内要分辨出1o米的分辨率，这显然是一个非常难的事情。这也是为什么脑神经科学研究了这么多年，依然是然雾里看花，盲人摸象。

只有充分认识脑大脑了，才能够“保护脑”，对于各类脑疾病的控制和治疗。比如，现在有研究声波脑刺激进行精准治疗的，但是这个里面也有很多不确定性，因为认识大脑这个事都还没有弄清楚。同样，我们要创造脑智能，比如搞类脑人工智能，但是如果没有对大脑运行机制搞清楚，也没有办到做到。

骆清铭院士表示，过去差不多20多年来，其研究团队一直在坚持做一件事情，就是想把脑子里面的“脑地图”给绘制出来，搞清楚脑子里面神经到底是怎么样连接的，这是世界难题。骆清铭院士认为，脑结构与功能成像绘制”脑地图”是认识脑、保护脑和创造脑的必然选择。而现有成像技术主要有核磁共振成像、电镜成像和光学成像三种技术方式。

对比来看，电镜成像分辨率最高，但是研究区域有限，1mm³的研究需要10000人1年的时间；核磁共振成像分辨率为50-1000μm，分辨率相对较低，只能分辨区域；相比之下，光学成像在分辨率上可以达到0.2μm，能够满足看得见、看得清、看得全、看得懂的需求，且效率也更高。

骆清铭院士带领的脑科学研究团队从2000年开始做到现在，进行技术的多次迭代，通过自研的MOST系列光学成像技术在脑连接图谱上获得了突破。据介绍，美国的脑计划用的获取全脑范围里面的数据用的就是骆清铭院士团队提供的技术，设备是成像设备在苏州华中科技大学造的，技术实现平台最后是在苏州。

骆清铭院士指出，在脑子的一定范围内，大家可以看到神经元的每个胞体，但是难的是怎么完整的拿到脑内的神经元成像，最后进行重建。这个里面是一群神经元从一个特定脑区域投射出来，这个重建本身对于计算机的能力也提出了很多的挑战，因为一个小鼠大脑的数据就高达8TB，做人脑将达到10TB，需要将这些数据处理并很好的展示出来，骆清铭院士团队已经解决了这一问题，成功利用fMOST技术获取和重构了小鼠脑。

此外，骆清铭院士团队还利用fMOST技术对于小鼠脑内血管进行了成像重建，这个如果应用在人脑，就可以指导临床做手术。比如血管扎什么地方最合适，这个血管里面有没有病变。如果得了脑疾病，究竟是神经元先出问题，还是血管先出问题？用药之后有没有改善？再比如说干细胞，干细胞分化之后，到底分化成了什么，是分化成了神经元，那么行神经元在哪里，连接建立没有建立起来？这一系列问题的解决都需要依托于脑图谱的构建。

骆清铭院士表示，“对于针对脑疾病的药物研发人员来说，如果不能提供直接的证据，那么就无法证明药物的有效性。比如说功能上面把一个神经切断了，然后做了一些治疗恢复了，但这个恢复不一定是干细胞的作用，或者不一定治疗的作用，可能是通过环路其他方式来恢复。如果要证明确实是从干细胞分化出来的神经，我的技术可以给你提供最直接的证据。此外，我们也在临床做了一些工作，比如说临床脑外科手术里面，这些工作从功能成像角度做了一些事情。我们跟医院一起合作，这一块医疗器械证也在申请当中，这个也干了十几年，我们一个团队可以为脑外科手术做很多方面的助力。”

下图就是小鼠阿尔兹海默症的脑模型，通过fMOST技术构建脑图谱后，可以看到淀粉蛋白斑块脑子里面分布到底什么样。这对我们开展临床的研究、药物研发，可以起到非常好的作用。据了解，骆清铭院士团队正在与上海药物所合作，在做这方面进行研究。

脑科学研究现在非常的热，“美国脑计划”去年一口气发了十几篇论文，其中所有跟形态有关的数据是由骆清铭院士团队提供的，他们还直接参与了其中四篇论坛的一些工作。

骆清铭院士也表示，“我们也是希望能够跟‘美国脑计划’跟‘欧盟脑计划’在某种意义上面能够既有竞争也有协同，我们希望将来能够为我们的理解脑能够提供一些技术上面的支持。”

据介绍，骆清铭院士团队已经将其工作整理为了一个新的“脑空间信息学”，可以回答一些基本问题，希望将来可以对于我们理解脑能够起到一个很好的作用。

骆清铭院士表示：“我们这些工作已经干了很多年，国家也给予了很大支持，总书记在2016年全国科技创新大会上面讲了六个有待破解的难题，其中就有提到‘脑科学’核心就是‘脑连接图谱’，结论性对于脑疾病防治智能技术具有引导作用。正因为如此国家启动中国脑计划，中国脑计划盘子非常大的，跟‘量子’是同一批的，这个计划现在当然是一体两翼，我们是提供技术。”

作者：芯智讯-浪客剑