国产大设备为3亿中国儿童打造“大脑金标尺”
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“看起来像毛线团一样，特别绚烂好看”。4岁的落落（化名）在看见自己的大脑神经图像时拍手惊叹。这张图像来自一台高度定制、用于脑科学前沿基础研究的国产科研大装备3.0T磁共振系统。
作为第一批参与婴幼儿脑图像实验的小志愿者，落落开心将扫描脑图像的过程比喻成“太空之旅”。磁共振幽深的孔径并没有劝退落落，她从容的躺进“太空舱”，准备开启她的“任务”。扫描完后，她开心地说道“带上有 ‘天线’的感应头盔，不开口就能猜到我在‘想什么’。”
落落参与的是国家科技创新2030-“脑科学与类脑研究”重大项目之一“婴幼儿脑发育队列”项目。该项目由上海科技大学生物医学工程学院创始院长沈定刚指导，上海科技大学生物医学工程学院博士生导师、婴幼儿脑发育影像实验室主任张寒牵头。项目聚焦婴幼儿早期发育阶段大脑结构、功能、连接的重大变化，将建设中国首个0-6岁正常发育婴幼儿聚合交叉大队列，绘制婴幼儿脑发育图谱和轨迹，揭示影响发育的遗传和环境因素，探索基因、环境共同作用下的脑和行为发育机制，为3亿中国儿童打造一份“大脑金标尺”。
儿童志愿者正在佩戴耳机，用于脑影像扫描听觉刺激呈现联影医疗供图
“大脑就像一棵树，0-2岁大脑细胞快速生长发育，之后神经纤维和突触如树叉分支，越长越密，6-7岁就与成人的大脑相差无几。磁共振得出的大脑高清影像，可以观察到婴幼儿大脑的结构、功能、以及大脑各区域的连接情况。不同生长阶段的图像揭示大脑在成长过程中的变化轨迹。”项目合作单位之一、上海师范大学儿童发展与家庭研究中心主任李丹对大脑的比喻，更直观表明了孩童时期的大脑是一个飞速变化的过程。
“儿童大脑不是成人的缩小版，儿童研究一定是最复杂的。”项目合作单位之一、复旦大学附属儿科医院厦门医院放射科主任刘俊刚认为，0-6岁是疾病的黄金干预期，孩子与成人的病征呈现出‘同病异影’，针对孩子本身的生长发育机制的特殊性，有可能形成一个跑赢时间的诊疗范式。
不论是从科研教育还是临床诊疗都急需一份“金标尺”—— 绘制中国首个婴幼儿动态脑图谱，聚焦婴幼儿早期发育阶段大脑结构、功能、连接的重大变化，精准刻画孩子成长发育轨迹，提前捕捉细微病变。
“根据世界卫生组织《全球疾病负担研究》显示，在全球范围内，5岁以下婴幼儿中平均每49.5人就有1人患有脑相关疾病，如自闭症、多动症、发育障碍等；我国早产儿筛查异常率高达18%。但科学家对这些疾病的发病原因、如何早发现早治疗都一知半解。” 张寒说，“医生通过行为测试，大约在2岁左右可以识别出自闭症儿童，但此时进行治疗干预已经错过了‘黄金治疗期’。我们希望通过脑发育的基础研究，更早识别、治疗这些‘未解之病’，造福更多家庭。”
张寒还提到，中国儿童脑计划必须有中国的特色，且符合中国的国情，应更加关注智商和情商的双重发展，以及语言和社会情绪能力发育的基因和环境因素的识别和脑机制，为我国“科学教育”提供参考。
近1000亿个神经元和100万亿个连接……研究人脑，高清图像的数据采集是基础条件，研究婴幼儿的脑部发育更非易事。
据张寒介绍，新生儿易动，无法忍耐磁共振的噪声和长时间扫描，往往只有在睡眠状态才有可能采集到高质量的数据。为此，他们引入了国产科研大装备——联影医疗3.0T磁共振uMR 890进行全方位扫描，装备搭载了人工智能辅助的压缩感知技术ACS?，不仅图像高清，还可将扫描时间节省约44%，脑结构成像噪声降低约28-34%，这极大提高了婴幼儿脑影像数据采集效率和成像质量。
据了解，该设备为适应儿童的生理和心理特点，系统多个软硬件都做了个性化的调整。来自联影医疗的研发工程师团队，几乎每天都和科学家们待在一起，第一时间响应科研需求，随时进行设备的调整和升级。
“婴幼儿活泼好动，如何确保扫描图像清楚？为解决这个难题，我们开发出MoCAP智能无标记运动追踪校正系统，采用先进3D全息数字点云追踪，算法自动将每一次‘越轨运动’恢复矫正，始终确保图像极高精度，大大提升扫描效率和图像质量。”联影医疗董事长兼联席首席执行官张强说。
对此，沈定刚指出“我们首次使用了国产高端磁共振来做中国脑计划的课题研究。众所周知，技术的发展与前沿科学研究的进步相辅相成。尤其在国家重大前沿科研项目中，我们既要研究解决脑科学领域的众多科学问题，也应该以此带动国内相关技术和产业的发展。尤其当前科技自立自强成为国家发展战略，支持国产核心技术的发展更是尤为重要。”
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