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。
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uMR890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***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”。
