述评|推进神经影像数据共享与开放式脑科学

发布时间：2020-10-23 20:20:12来源：北京认知神经科学学会

今日，北京师范大学左西年研究员，杭州师范大学臧玉峰教授及北京大学高家红教授在《中国科学：生命科学》杂志发表重磅述评，综述了人脑磁共振神经影像数据共享的历史和现状，以及开放式脑科学前景。

前言

神经科学与信息科学的交叉融合催生了神经信息学，以磁共振成像(MRI)为代表的活体脑成像方法,为推进“人类行为的脑科学基础研究”发展与应用发挥了积极作用,积累下来的海量人脑活体神经影像数据,成为研究人类脑智的大数据资源,催生了新兴学科方向“开放式神经(脑)科学”。

2008年，由全球十个国家的35个实验室联合发起“国际千人功能连接组计划(FCP)”向全世界共享了来自1414名志愿者的MRI数据,引起了神经科学领域广泛关注，推进了人脑功能科学探索进程。

中国的国家战略与重大部署

中国拥有世界上最大的人口基数和发展潜力，对于脑智科学的需求全面体现在教育发展、健康医疗和工程与社会保障等各种方面。国家通过科技部委托相关脑科学专家，通过一系列香山会议的召开，推进了中国脑科学进程。中国的活体脑成像大数据共享计划：

1.国际可信度与重复性联盟

这是由中美共同发起，首个由中方主导的大型国际人脑活体影像共享计划。共享来自1600余人的不同年龄阶段的万余套活体脑成像重复测量数据，为活体人脑影像测量的信效度研究提供数据资源，推进针对提高人脑神经影像测量的信效度国际化研究。

2.中国彩巢计划

通过建设一个跨度十年(2013-2023)的健康人群脑智毕生发展(6-85岁)队列，中国彩巢计划(CCNP)致力于勾绘中国人脑毕生发展常模并开展脑与行为关联机制研究，为国家脑计划中相应的研究和应用开展提供预研储备。“彩巢计划”将采用加速设计实现三个阶段：成长在中国(6-18岁)、可重复性脑计划(20-60岁)、健老在中国(>60岁)。

3.学龄儿童脑发育与学校适应的影像遗传队列

从2015年开始，针对接受学校教育的正常学龄(6~15岁)儿童青少年脑结构和功能发育轨迹与个体差异，以年为单位进行定量测量，并揭示脑发育与注意、记忆等主要认知功能、情绪调节、心理适应等非认知功能的关系，以及学校与家庭环境的影响作用。这一队列计划在北京完成800例儿童脑结构和功能发育的影像测量和系统的认知、非认知功能与学校/家庭环境测量，其追踪测量3次以上,间隔1年。

4.中国汉族人群影像遗传学队列

这是目前样本量最大的中国神经影像遗传学队列，收集了来自10000名年龄在18-30岁之间的中国汉族健康人群的基因组、神经影像、环境和行为数据，旨在研究与神经影像和行为表型相关的遗传和环境因素及其相互作用。

5.静息态脑功能磁共振闭眼睁眼公开数据集

这一数据共享计划目标是：基于睁闭眼之间差异，为各类rfMRI的实验设计和方法学研发提供规范化的测试数据集。

6.杭州师范大学健康参考值数据库共享计划

目前共收集了千余健康成年人神经影像数据，针对脑异常功能相对比较明确的脑疾病的特定部分，建立健康人参考值，用于个体化脑功能异常的定量、定位诊断。

7.中国成人多模态脑结构图谱计划

首都医科大学宣武医院李坤成教授于2016年发起了Chinese1000多中心影像采集计划,致力于描绘中国人3D结构精细脑图谱以及白质纤维脑图谱。数据集涵盖了高分辨率、高对比度的结构图像，优化的高质量多b值扩散图像，以及T1、T2定量图像、磁敏感加权图像等，可为脑图谱的构建提供多模态、多角度的分析支持。

8.北京老年脑健康促进计划

这是基于社区的临床队列研究，计划在二十年内建成覆盖10000名社区中老年样本，包括5000例多模态神经影像数据的本土化认知老化与脑健康数据库。

9.中国认知下降纵向研究队列

中国认知下降纵向研究队列(SILCODE)基于国家老年疾病临床医学研究中心(宣武医院)，是韩璎教授发起的AD临床前期联盟，开展多中心纵向队列建设，入组群体包括50-79岁的健康对照、SCD、轻度认知障碍(MCI)和AD痴呆。探索AD临床前期的主观认知下降(SCD)人群的多因素病理生理学机制，帮助确定会进展为轻度认知障碍和痴呆的高风险人群，对于制定合适的AD早期诊断和干预策略具有重要价值。

10.帕金森病静息态脑功能磁共振荟萃分析计划

2015年底，杭州师范大学臧玉峰教授、北京宣武医院吴涛教授、美国NIHMarkHallett教授等共同发起了帕金森病静息态功能磁共振原始数据的荟萃分析计划(REST-meta-PD)。国际上有二十多个单位参加了REST-meta-PD计划，该计划研究发现：PD患者基底节和运动区等部位脑功能异常。

11.抑郁症静息态脑功能磁共振荟萃分析计划

与REST-meta-PD类似，REST-meta-MDD旨在解决抑郁症小样本功能影像学研究的结论不可靠问题，通过建立多中心大样本数据库，对已有抑郁症静息态功能磁共振成像数据进行重新分析和再挖掘，建立一套中国人抑郁症全脑静息态活动异常概率图谱，把rfMRI进一步推向临床应用。

12.中国人脑连接组计划

对标美国人脑连接组计划(HCP),中国人脑连接组计划(CHCP)致力于为跨文化的脑智研究提供开放数据。由北京大学高家红教授和中国科学院心理研究所左西年研究员团队承担CHCP，将完成1000例中国人语言加工的脑结构与脑功能数据采集、建立中国人语言功能多模态脑影像数据库并实现开放共享、融合运用并开发多模态脑网络及脑图谱计算神经科学数学模型与方法。

13.神经信息学历史与人脑影像数据信息化工具

神经影像大数据的共享与信息化工具的互相促进，推动了开放式脑科学进程，如何系统而全局地管理和整合这些科学数据与信息化资源，国家应提前部署相应的研究规划、汇集对口的数据资源、筹建神经信息化平台、解决这一领域的“卡脖子”问题(如在国家实验室规划战略上部署人脑神经影像信息学资源)。

神经影像大数据共享“卡脖子”问题

首先，活体人脑影像的数据计算和组织尚缺领域规范。

其次，国内缺乏自主研发的活体人脑影像数据共享平台。

最后，国际活体人脑影像数据的国内获取非常不便。

开放式脑科学推进策略和建议

针对上述“卡脖子”问题，本文认为，中国必须通过自主创新，建立自己的神经信息化系统(数据管理和挖掘计算平台)，促进国内脑科学研究机构高效率共享资源，才能更有效地支持脑科学计划，为中国脑科学的长期发展提供基础保障。并提供一些了具体的建议。

结论与展望

本文最后总结到，中国较早开展了神经信息学的研究并与国际接轨，近十年来随着活体人脑影像技术的快速发展，我国开始逐步积累大量的人脑神经影像数据，并在国际上逐步掌握这一基础资源的话语权；由中国推进活体脑成像数据共享和开放式脑科学,在未来将十分有利于整合全球资源,彰显大国特色需求和优势。

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