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臨床的最大市場是癌癥，腦疾病就是下一個風(fēng)口，而大數(shù)據(jù)時代下的人工智能將大大加速對這一領(lǐng)域的探索。

2024年2月28日，復(fù)旦金融EMBA項目“JOT蛻變之旅-E起探索科技之興”課程開年第一課走進(jìn)復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院張江校區(qū)，邀請到復(fù)旦大學(xué)特聘教授、中山醫(yī)院雙聘教授、計算神經(jīng)科學(xué)與類腦智能教育部重點實驗室副主任趙興明帶來“數(shù)據(jù)與人工智能驅(qū)動的腦疾病探索”的主題分享。趙教授詳細(xì)解讀了大數(shù)據(jù)驅(qū)動下的人腦與類腦前沿科技創(chuàng)新，及其在產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用場景、發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

主講人

復(fù)旦大學(xué)特聘教授

中山醫(yī)院雙聘教授

計算神經(jīng)科學(xué)與類腦智能教育部重點實驗室副主任

構(gòu)筑類腦智能研究高地，數(shù)據(jù)是“理解”腦科學(xué)疾病的關(guān)鍵

相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示，目前全球有近10億人患有精神障礙，每8個人中就有1人患有精神疾病。對此，趙教授首先指出，隨著人們生活節(jié)奏的不斷加快，腦疾病已成為了亟需解決的重大社會問題。

然而，目前有多項腦疾病研究位列《Science》發(fā)布的“全世界最前沿的125個科學(xué)問題”，腦疾病相關(guān)的問題仍是未解之謎。對此，趙教授從腦科學(xué)研究的基石、腦疾病發(fā)生機(jī)制出發(fā)，進(jìn)一步闡述了在大數(shù)據(jù)時代發(fā)展類腦智能的價值和意義。

腦疾病是多國腦計劃研究的重點，中國“腦計劃”則早在2018年便納入規(guī)劃，提出“一體兩翼”的布局建議，即以研究腦認(rèn)知的神經(jīng)原理為“主體”，以研發(fā)腦重大疾病診治新手段和腦機(jī)智能新技術(shù)為“兩翼”。

趙教授解釋道，從宏觀的細(xì)胞分子到介觀的環(huán)路形態(tài)，再到宏觀的行為功能，大腦實際上是一個多尺度的復(fù)雜系統(tǒng)。想要全面地了解大腦，就需要對多尺度和不同層次的神經(jīng)組織進(jìn)行綜合的描述。在重大專項的制度之下，大型腦科學(xué)數(shù)據(jù)庫為發(fā)現(xiàn)腦疾病研究提供了契機(jī)。

在此基礎(chǔ)上，他特別介紹了應(yīng)勢而建的張江國際腦庫，指出其正是通過多維數(shù)據(jù)來研究相關(guān)腦疾病發(fā)病機(jī)制，為開展腦與類腦國際前沿研究提供了有力支撐。目前，張江國際腦庫已囊括了包括腦卒中、首發(fā)精神分裂癥、抑郁癥、神經(jīng)退行性疾病、自閉癥和大學(xué)生在內(nèi)的六個隊列，預(yù)計收集了1.5萬例次數(shù)據(jù)。

AI賦能，助力多模態(tài)大數(shù)據(jù)加速融合

接下來趙教授以阿爾茨海默癥診斷和胎腦健康為例，進(jìn)一步介紹了團(tuán)隊就影像組學(xué)展開的相關(guān)研究工作。目前，阿爾茨海默病的治療手段非常有限，臨床多以改善癥狀為目的，無法阻止疾病病程進(jìn)展，所以對疾病的早期診斷尤為重要?；谌斯ぶ悄芙?gòu)的視覺模型框架，趙教授及團(tuán)隊得到了多項重要結(jié)果，并觀察到多模態(tài)融合技術(shù)對這一疾病病程階段的預(yù)測性能超過了現(xiàn)有的方法。相信在不久的將來，融合多源臨床大數(shù)據(jù)和影像學(xué)特征的AI方案，將為阿爾茨海默病的早期診斷提供更多幫助。

而在胎腦健康領(lǐng)域，影像組學(xué)也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。人類大腦發(fā)育是一個復(fù)雜的過程，而胎兒大腦在不同孕期的發(fā)育尤為關(guān)鍵。尤其是在第三孕期，胎兒大腦中神經(jīng)元的快速發(fā)展和連接，復(fù)雜的溝回逐步形成，負(fù)責(zé)運(yùn)動控制的小腦也在此時期增長得更快。因此，第三孕期也是胎兒腦健康檢查的關(guān)鍵時期。

趙教授指出，相較產(chǎn)前篩查中常用的超聲成像，胎兒核磁具有更高的分辨率，能有效提高20%產(chǎn)前檢查準(zhǔn)確率。就此，研發(fā)團(tuán)隊開發(fā)了一套胎腦健康篩查系統(tǒng)，通過人工智能系統(tǒng)進(jìn)行自動識別，對胎兒腦溝回特征進(jìn)行量化，進(jìn)而完成胎盤與胎兒顏面分割與重建，診斷面部發(fā)育異常。

值得一提的是，想要完成充分的影像掃描，傳統(tǒng)診斷流程中的影像后處理及診斷平均耗時約30分鐘，而利用AI的影像后處理加閱片的平均時間則可縮短至3分鐘，真正達(dá)到“一鍵式”完成復(fù)雜預(yù)處理與數(shù)據(jù)分析的可視化，為臨床醫(yī)生的快速診斷提供更加精確的數(shù)據(jù)參考。

結(jié)合當(dāng)前AI的發(fā)展?fàn)顩r以及微生物組學(xué)取得的重大突破，趙教授還以自閉癥譜系障礙為例，詳細(xì)介紹了AI賦能的微生物組學(xué)數(shù)據(jù)挖掘。他指出，自閉癥譜系障礙是一類具有神經(jīng)心理和行為缺陷的神經(jīng)發(fā)育障礙，精確的分型對于該類疾病的診療十分重要。趙教授團(tuán)隊與新華醫(yī)院團(tuán)隊合作開發(fā)了機(jī)器學(xué)習(xí)方法，將更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)結(jié)果應(yīng)用到菌群分析上，鑒定了與自閉癥譜系障礙患者癥狀嚴(yán)重程度相關(guān)的微生物標(biāo)記物，并由此確定了自閉癥的兩種亞型。研究團(tuán)隊利用大腦結(jié)構(gòu)影像數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)對這兩種亞型進(jìn)行了驗證，從而突破了孤獨癥研究盲區(qū)，大大推進(jìn)了對自閉癥異質(zhì)性機(jī)理的理解。

硬核出擊，共謀腦科學(xué)產(chǎn)業(yè)化之路

在張江國際腦影像中心實驗室負(fù)責(zé)老師的帶領(lǐng)下，同學(xué)們通過參觀學(xué)習(xí)的方式進(jìn)一步為理論與實戰(zhàn)儲能。在這里，大家見到了中國第一臺11.7T超高場小動物磁共振系統(tǒng)，這是影像中心負(fù)載最大、實用性最強(qiáng)的儀器，有著極高的分辨率；7T超高場人體磁共振系統(tǒng)，它是亞洲第一臺，也是唯一一臺可用于臨床的7T頂級磁共振設(shè)備（醫(yī)院的核磁共振最高只有3T）。

與先進(jìn)技術(shù)設(shè)備的近距離接觸，讓同學(xué)們了解了許多關(guān)于前沿技術(shù)的新知識、新理論，也認(rèn)識到了技術(shù)發(fā)展對于類腦研究的重要性。隨后，復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院青年副研究員加福民進(jìn)行了精彩的研究分享，進(jìn)一步拓寬了大家的學(xué)術(shù)視野，激發(fā)了現(xiàn)場的熱烈討論。

加福民談到，神經(jīng)調(diào)控技術(shù)是一種新興的前沿技術(shù)。過去10多年，他在導(dǎo)師李路明的帶領(lǐng)下，與團(tuán)隊圍繞腦起搏器治療帕金森病、迷走神經(jīng)刺激治療癲癇、骶神經(jīng)刺激治療盆底功能障礙和脊椎電刺激四個方面展開深入研究。除了在理論上展開探索，團(tuán)隊也真正實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化落地，先后研制出國產(chǎn)首個迷走神經(jīng)刺激器、國產(chǎn)首個骶神經(jīng)刺激器、國產(chǎn)首個脊髓刺激器等神經(jīng)調(diào)控產(chǎn)品，從無到有壯大著中國的神經(jīng)調(diào)控產(chǎn)業(yè)。

大腦的工作機(jī)制錯綜復(fù)雜，而人們對它的認(rèn)知仍然只是“冰山一角”。通過對前沿研究、高端科學(xué)的學(xué)習(xí)與參觀，見證科研范式帶來的革命性變革，未來，同學(xué)們也將擁有更宏觀的視角，對數(shù)據(jù)如何反哺腦科學(xué)研究激發(fā)更多思考，碰撞無限可能。

復(fù)旦大學(xué)泛海國際金融學(xué)院金融EMBA的“蛻變之旅JOT”課程，應(yīng)運(yùn)并緊扣“領(lǐng)導(dǎo)者在高度復(fù)雜的世界中有效應(yīng)對變化和挑戰(zhàn)”的發(fā)展需求而生，也是國內(nèi)商學(xué)院中首個在必修環(huán)節(jié)中開設(shè)的高管心智發(fā)展課程。