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在上海科技大学生物医学工程学院的地下室，一台高度定制、用于脑科学前沿基础研究的国产大型科研设备3.0T mr系统，正在采集志愿者的大脑图像。

这是国家科技创新2030——“脑科学与类脑研究”重大项目的一部分。产学研四大医疗团队携手攻关，首次利用国产高端磁共振赋能中国脑计划，将绘制出国内首个婴幼儿动态脑图谱和发育轨迹，为儿科临床、类脑、人工智能等科技前沿提供基础支撑，推动国内科研设备产业的突破和发展。

中国首次为婴幼儿大脑“画地图”

对人脑的研究被称为自然科学的“终极领域”。

“根据世界卫生组织的全球疾病负担研究，全球范围内，平均每49.5名5岁以下婴儿中就有一名患有与大脑相关的疾病，如自闭症、多动症、发育障碍等。；在我国，早产儿筛查异常率高达18%。然而，科学家对这些疾病的原因以及如何早期发现和治疗这些疾病知之甚少。”上海科技大学生物医学工程学院婴儿大脑发育成像实验室主任张寒说。

作为上述大科学计划的一部分，“婴儿大脑发育队列”项目近日在上海科技大学正式开启。将聚焦婴幼儿大脑在早期发育阶段结构、功能和连接的重大变化，构建全国首个0-6岁婴幼儿汇聚交叉队列，绘制全国首个婴幼儿动态脑图谱和发育轨迹，开展前沿技术和发育机制研究。

与成年人的成熟大脑不同，新生儿的大脑在生命的第一年发育非常快，容量和形态特征变化很快，这对数据采集、成像技术和数据分析技术提出了更高的要求。即使之前积累了大量的研究，但成人脑基技术对婴儿脑图像的适用性非常有限。

对婴儿早期脑发育图谱和轨迹的准确测量和分析，可以为婴儿相关疾病的早期识别、诊断乃至治疗提供关键依据。

“医生可以通过行为测试在2岁左右识别出自闭症儿童，但此时的治疗干预已经错过了‘黄金治疗期’。我们希望通过大脑发育的基础研究，能够更早地识别和治疗这些‘未解决的疾病’，让更多的家庭受益。”张寒说。

国产装备与国家前沿科研双向“赋能”

近1000亿个神经元，100万亿个连接……研究人脑，高清图像的数据采集是基础条件，研究婴幼儿的大脑发育也不容易。婴幼儿容易活动，不能忍受磁共振的噪音和长时间扫描，往往只有在睡着的时候才有可能采集到高质量的数据。

“我们引进了国产科研设备——3.0T磁共振uMR 890进行全方位扫描。该设备搭载基于人工智能技术的uAIFI ‘ ‘类脑’平台，不仅图像高清，而且扫描时间节省约44%，脑结构成像噪声降低约28%至34%，大大提高了婴儿脑图像的数据采集效率和成像质量。”张寒说道。

记者在这台定制的国产科研设备上看到，为了适应孩子的生理和心理特点，系统的很多软硬件都进行了单独调整。来自UIH医疗的R&D工程师团队几乎每天都和科学家呆在一起，第一时间响应科研需求，随时调整升级设备。

“成人扫描磁共振用的线圈对婴儿来说太大了。我们在第一时间为婴儿开发了头颈部脊柱组合线圈，将线圈内径从26 cm缩小到适合婴儿体型的18 cm。线圈更紧密地附着在图像区域，扫描的图像更清晰。为了便于研究人员收集数据，我们将线圈的轴向覆盖范围做得更大，这样在扫描过程中无需移动婴儿或更换扫描线圈就可以一次性完成扫描。”UIH医药董事长张强说。

工业设备与基础科学的无缝对接，是一种双向的“赋能”。据介绍，这一前沿研究项目不仅聚焦于“0到1”的原始创新，还将继续携手高端医疗设备行业公司，共同开发适用于脑与智力开发研究的智能化、高性能影像设备和平台，解决关键核心技术问题。

“技术的发展和前沿科研的进步是相辅相成的。在国家重大前沿科研项目中，既要研究解决各种科学难题，又要带动国产装备核心技术的发展和突破，双向‘赋能’。”上海科技大学教授、生物医学工程学院创始院长沈定刚说。

探索产学研医四方合作

长期以来，高场磁共振医学影像设备的部件和整机制造被国外公司垄断；国产高端设备更是难以支撑前沿科研。此次使用的3.0T磁共振科研设备，因全面掌握了该领域的核心部件技术，荣获2020年度国家科技进步一等奖。

“从基础创新的第一公里到产业落地的最后一公里，再从产业技术反哺基础研究，最重要的是产学研四方的合作。企业与高校、新R&D机构、医院深度合作，开展跨部门、跨行业、跨地区的协同创新。”张强说道。

“我们真的希望这种模式可以复制。”上海市科委基础研究处处长宋扬说。2021年，上海市科委率先正式启动“探索者计划”，引导和鼓励符合条件的骨干企业与政府联合设立科研计划，围绕集成电路、生物医药、人工智能三大重点产业发展中的重要科学问题和关键技术问题，通过“曝光名单、率先行动”推动自主创新。

“人脑的运作机制是什么？特定的脑部疾病会导致怎样的病理变化？人脑的结构是如何赋能人工智能算法的？这是中国大脑计划的一个特色。”沈丁刚表示，希望通过研究，不仅能在脑科学领域有令人振奋的发现，还能为国产大型设备实现核心关键技术自主可控提供契机，形成独具特色的“中国脑计划”。(记者周琳、孙青)

来源:新华每日电讯