脑网络组研究具有巨大潜力

第393次香山科学会议会场，前排右起分别为郭爱克研究员、蒋田仔研究员、骆清铭教授三位会议执行主席。脑功能不是单个神经元或单一脑区所独立完成的，而是由神经环路内的神经元团（群）、功能柱或者脑区的交互作用来实现的。脑网络组（brainnetome）研究为理解脑的工作机理及脑功能异常提供了新途径，已经成为当今信息科学、神经科学、临床医学等学科的共同前沿。

脑是一个多层次系统，脑研究需要从不同水平上来进行。20世纪后期以来，在宏观和系统层次上对脑整合功能的研究已经成为当代神经科学发展的一个重要趋势。近年来新技术的涌现及其所获得的研究结果提示人们，需要从新的角度来认识脑研究，也需要给脑研究及其临床应用赋予新的内涵。以“脑网络组及其临床应用的前沿科学问题”为主题的第393次香山科学会议日前在北京举行，中国科学院自动化研究所研究员蒋田仔、中国科学院上海神经科学研究所研究员郭爱克和华中科技大学教授骆清铭担任会议，来自多学科的50余名专家学者出席会议。

为理解脑功能提供新途径

蒋田仔作了题为《脑网络组研究及其临床应用的现状、机遇和挑战》的主题评述报告。他认为，脑的结构和功能具有高度的复杂性。过去一个多世纪以来，从分子、细胞等微观水平对脑进行研究是最重要的研究手段；同时随着研究的不断深入，人们也认识到，神经细胞是组成神经系统的基本功能单位，神经细胞之间通过相互联系形成的神经环路则是脑处理信息的基本单位；脑功能不是单个神经元或单一脑区所独立完成的，而是由神经环路内的神经元团（群）、功能柱或者脑区的交互作用来实现的。近年来，多种技术，特别是磁共振、光学成像以及基因工程等技术的发展和融合，为活体（包括人和动物）全脑结构和功能信息的检测提供了新的技术手段，“脑网络组”这一新的研究方向应运而生。“脑网络组”是研究不同时空尺度上的脑网络拓扑结构、动力学属性、脑功能及功能异常的脑网络表征、脑网络的遗传基础等内容，它为理解脑的工作机理及脑功能异常提供了新途径。“脑网络组”不但关注构建神经元（团）或者脑区之间的结构联系，更重要的是在于理解脑网络构建之后的动态属性及其改变与神经精神疾病的关系。

蒋田仔还展望了脑网络组研究的未来发展方向和挑战。他认为，在宏观水平上，脑图谱的研究、脑连接的定义和度量以及脑网络分析方法是脑网络组研究的重要组成部分，也是未来几年脑网络组研究最有可能取得重大突破的热点方向。在微观水平上，如何将不同成像技术获得的脑网络组与宏观水平的脑网络组进行“无缝”结合是脑网络组研究的主要挑战。此外，人类脑疾病的各种易感基因如何影响不同尺度的脑网络组也是未来发展的重要研究方向。最后，蒋田仔研究员认为，只有将基因组、蛋白质组、脑网络组、表型组等进行有效的系统集成，才可能从根本上认识人脑自身以及疾病机制，为解决人类长期面临的脑疾病难题开辟新途径。

与会专家分别围绕“动物脑连接组学的进展和展望”、“人脑连接组学的进展和展望”、“脑图谱的现状、进展和展望”以及“神经精神疾病的脑网络研究进展”4个中心议题作了评述报告和专题报告。

专家介绍了我国研制开发的显微光学切片断层成像（MOST）技术特点，并认为MOST系统是一种新的高分辨研究脑连接与微结构的重要手段和有效工具；同时，可视化技术不但在神经环路研究中非常重要，在脑网络研究中也将发挥重要作用。与会专家还对光遗传学研究给予了重点关注，认为这项技术在未来的神经科学、甚至医学中具有重要价值。与会专家强调，人脑个体之间存在很大差异，这些差异主要包括脑的重量和体积、皮层折叠模式、特定皮层区的大小、皮层区的功能以及它们之间的纤维联系等等。这些个体差异对脑研究的方法和手段提出了巨大的挑战。

具有重要临床意义

人脑是由多个相互连接的脑区所组成的一个复杂网络，同时具有高的局部和全局效率。已有的大量研究表明，当某一个脑区或子系统受到损害后脑网络属性会发生相应变化。“脑网络组这个新概念不但具有科学意义，同时也具有重要的临床现实意义。”蒋田仔说。

专家介绍了卒中、癫痫、脑外伤等局部性脑损害以及老年痴呆、精神分裂症等弥漫性脑损害所致的脑解剖网络和脑功能网络的属性变化相关研究进展，分析了局部性和弥漫性脑损害后脑网络变化的共性及个性特征，并探讨了脑网络分析方法在局部性和弥漫性脑损害中的应用价值与前景，认为脑高级功能是由多个脑区交互作用来实现的，不同脑区的脑活动信号的相关既是实现交互的重要手段，也是刻画交互状态的重要表现形式。脑网络组研究不但能为理解脑信息加工机制开辟新途径，同时为脑疾病的早期诊断和预后及疗效评价提供新视角，具有重要的临床现实意义。

专家介绍当前利用磁共振成像研究小动物脑网络的三种技术：弥散磁共振成像、静息功能磁共振成像和Mn2＋增强磁共振成像。上述三种成像技术在神经/精神疾病动物模型的应用可以促进揭示宏观临床影像学发现与微观神经生理机制之间的关系，对寻找反映疾病发生/发展过程、评价药物治疗效果的影像学标记物具有重要意义。

与会专家总结分析认为，神经科学的主要任务就是理解脑，以及智力是如何产生的，研究神经环路和脑网络具有重要意义，脑网络组研究具有巨大的潜力，而其研究过程具有鲜明的多学科交叉以及应用特点。即使在其还没有成熟，也需要紧密结合实际应用来展开。中科院自动化研究所研究员马颂德认为，脑网络组研究需要重视对行为的研究，有必要以一种或几种神经功能或行为表现、行为异常作为基本的共同语言来研究，以促进对网络节点和节点间连接的定义和选择。脑网络研究可以分成微观、介观和宏观的，它们可以分开一个单位做，也可以联合全世界以类似基因组的方式进行研究。

脑网络组是至今所有“组学”中唯一一个由中国国内学者提出，并得到学术界越来越广泛认可的领域，与会专家希望不同领域、不同单位的研究者通力合作，共同规划和制定脑网络组研究的路线图，并希望中国科学家能引领该领域的发展，在脑网络组研究中率先取得突破性成果。

（龙九尊）

《科学时报》 (2011-08-22 B2 技术·产业)

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