新華社記者 周琳 孫青
在上海科技大學生物醫學工程學院地下一層，一臺國產科研大裝備——高度定制、用于腦科學前沿基礎研究的3.0T磁共振系統，正在采集志愿者的腦影像。
這是國家科技創新2030-“腦科學與類腦研究”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中國腦計劃，將繪制中國首個嬰幼兒動態腦圖譜和發育軌跡，為兒科臨床、類腦與人工智能等科技前沿提供基礎支撐，推動國產科研大裝備產業突圍與發展。
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首次給中國嬰幼兒的大腦“畫地圖”
對人類大腦的研究，被稱作是自然科學的“終極疆域”。
“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；在中國， 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影像實驗 室主任張寒說。
作為上述大科學計劃的一部分，“嬰幼兒腦發育隊列”項目近日在上海科技大學正式開題，將聚焦嬰幼兒早期發育階段大腦結構、功能、連接的重大變化，建設中國首個0至6歲正常發育嬰幼兒聚合交叉大隊列，繪制中國首個嬰幼兒動態腦圖譜和發育軌跡，并開展前沿技術和發育機制研究。
與成年人發育成熟的大腦不同，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變化，這對數據采集、成像技術和數據分析技術均提出了更高要求。哪怕此前已經積累了大量研究，但基于成人大腦的技術對嬰幼兒大腦圖像的適用性也非常有限。
精準的測量和分析嬰幼兒早期腦發育圖譜和發育軌跡，可以為早期識別診斷甚至治療嬰幼兒相關疾病提供關鍵依據。
“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。”張寒說。
國產大裝備與國家前沿科學研究雙向“賦能”
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。嬰幼兒易動，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。
“我們引 入了國產科研大裝備——3.0T磁共振uMR 890進行全方位掃描，裝備搭載了基于人工智能技術的uAIFI‘類腦’平臺，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％至 34%，極大提高了嬰幼兒腦影像數據采集效率和成像質量。”張寒說。
記者在這臺定制化的國產科研大裝備上看到，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。
“成人掃 描磁共振所使用的線圈對嬰幼兒來說尺寸過大，我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厘米減少到適合嬰幼兒體型的18厘米，線圈更 緊密貼合成像區域，掃描圖像更清晰。為了讓科研人員采集數據更便利，我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者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。
產業裝備儀器和基礎科學“無縫”銜接，是一種雙向“賦能”。據介紹，這一前沿研究項目，不僅聚焦“0至1”的原始創新，還將繼續聯手高端醫療裝備產業公司，共同開發適用于腦智發育研究的智能化、高性能的成像設備和平臺，解決關鍵核心技術問題。
“技術的發展與前沿科學研究的進步是相輔相成的，在國家重大前沿科研項目中，我們既要研究解決各種科學問題，也要帶動國產設備核心技術的發展和突破，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，高場磁共振醫學影像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究，更是難上加難。此次使用的3.0T磁共振科研裝備，因全面掌握這一領域的核心部件技術，曾獲2020年度國家科技進步獎一等獎。
“從基礎創新的最先一公里走到產業落地的最后一公里，再從產業技術反哺基礎研究，最重要的是產學研醫四方的攜手，企業與高校、新型研發機構、醫院深度合作，跨部門、跨行業、跨區域進行協同創新。”張強說。
“我們很 希望這個模式可以復制。”上海市科委基礎研究處處長宋揚說。2021年，上海市科委牽頭，正式啟動“探索者計劃”，引導和鼓勵有條件的重點企業出資與政府 聯合設立科研計劃，重點聚焦集成電路、生物醫藥、人工智能三大重點產業在發展中的重要科學問題和關鍵技術難題，采用“揭榜掛帥”的方式，推動自主創新。
“人腦的 運作機理是什么？特定腦疾病是發生什么病變引起的？人腦的結構如何為人工智能算法賦能？這是中國腦計劃的特色。”沈定剛說，希望通過研究，不僅能夠在腦科 學領域取得激動人心的發現，還能為國產大裝備實現核心關鍵技術的自主可控提供契機，形成獨一無二的“中國腦計劃”。