当前,人类脑图谱的绘制虽然已经取得了长足的进步和发展,未来仍需面对和解决脑图谱个体化绘制、功能化解析、多模态融合、生物学验证以及跨物种比较等方面的问题,这也是未来脑图谱的主要发展方向和前沿。


新一代脑图谱的绘制将为探究人脑,疾病诊疗带来新助力


首先,包括目前版本的人类脑网络组图谱在内的大多数人类脑图谱,仍是基于人群的概率图谱。由于不同受试者的脑尺寸大小、连接模式和功能活动存在较大差异,构建针对特定个体的个体化脑图谱仍然是一个具有挑战性的课题。为了满足临床应用中的要求,需要精确的个体脑图谱来反映脑结构的个体特征,并在不同的磁共振扫描仪和不同的脑状态下表现出高度的重复性和一致性。因此,如何构建面向特定个体的脑图谱,并建立完善的脑图谱在脑疾病诊疗中的应用示范,仍是脑图谱临床应用中亟待解决和极具挑战的课题。


其次,如何整合可获得的人脑不同方面的信息,包括微观、介观与宏观不同空间尺度信息、特定脑功能信息、多模态连接信息,以及脑功能的时间动态信息等,无论概念理论和技术实现上还都具有极大的挑战性。要了解人脑组织原则,必然需要将这些不同方面的信息进行整,构建一个跨尺度、多模态的人类脑图谱。新的方法为绘制人类脑图谱提供了一个前所未有的工具,但对于结构、功能和连接信息等不同模态之间的关系,各种技术方法之间的趋同和差异,以及最后综合起来走向对脑组织模式的更深层次的理解还有待研究。虽然目前版本的人类脑网络组图谱包含了脑功能区定位和脑连接模式绘制的多模态脑图谱,但是目前对特定脑功能及支撑该功能的神经环路的定义尚未明确,需要结合新型的脑检测与记录技术,开展高级认知功能解析的研究,在这一方面仍有大量的工作需要进一步深入。


最后,结合侵入性的神经科学技术,利用非灵长类动物模型,明确脑影像改变与生物学改变之间的对应关系,明确人类脑图谱的生物学基础。非人灵长类动物与人类的进化关系最为密切,尤其是在神经系统的结构和功能方面,它们与人类的关系比其他实验动物更为密切。目前,非人灵长类动物的脑图谱研究比较初步,这限制了我们对脑结构和功能的认识。因此,灵长类近缘物种之间的比较研究,将有助于进一步明确非人灵长类动物与人类在脑结构和功能上的异同。这不仅对了解人脑独特的认知功能具有重要意义,而且对建立非人灵长类动物重大脑部疾病模型,开发新的诊断和治疗技术也是必不可少的。


新一代脑图谱的绘制将为探究人脑,疾病诊疗带来新助力


总之,随着脑研究新技术和新工具的进步,人类脑图谱已经由早期印刷版二维图谱发展到现在的数字化三维、四维图谱;由基于尸体标本断面切片数据发展到基于活体影像学数据构建的图谱;由仅具有个体脑解剖结构信息的单一图谱到包含群体解剖结构及功能信息的多模态图谱。


未来,为了更加深入的理解脑的功能,需要利用不同尺度、不同模态的信息,来绘制更加完善的人类脑图谱。


为了实现这一目标,未来面临的关键问题和挑战包括:如何整合不同尺度、不同模态信息构建多模态跨尺度人类脑图谱,并对其进行生物验证; 基于全新脑图谱,如何从多层次(从人到动物,从临床到基础)、多模态(神经影像、遗传操作、神经干预和扰动等新技术)的角度解析重大脑疾病的神经机制,并形成全新的脑疾病诊疗范式。


因此,新一代脑图谱的绘制将为探究人脑,这个最复杂器官的奥秘提供基础工具,也为各种脑部疾病的早期诊断和治疗提供潜在的解决方案。


文章来源: TheInnovation创新,brainnews

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