随着全球“脑计划”研究的深入推进,宏观尺度的人脑连接组学(脑网络科学)面临诸多技术和理论挑战。当前技术尚难以稳定、可靠且精确地获取活体人脑结构与功能的完整实验数据,基于数学物理模型的计算神经科学因此成为理解人脑连接组学的关键手段。高精度的人脑多模态成像数据是实现不同空间尺度脑连接组学研究的基础,特别是毫米级别的连接组学研究,将成为连接宏观与介观脑网络的关键桥梁。
长期以来,人脑网络研究主要聚焦于“长距离、全局性连接”,而对“短距离、局部性连接”的关注相对不足。越来越多的实验证据表明,人脑连接遵循空间距离依赖的规律,“空间距离依赖的连接修剪”是脑网络发育中的重要机制。该机制指在脑发育过程中,脑连接从最初的高密度局部短距离连接,通过快速修剪和优化,逐步形成全局长距离连接网络。在毫米级空间分辨率上,如何稳定、可靠地刻画并应用人脑局部功能连接,成为脑连接组学领域亟待解决的科学难题。
自2011年以来,中国科学院心理研究所行为科学重点实验室左西年研究组专注于毫米级人脑局部功能连接的系统研究。该团队研发了基于二维皮层流形的局部功能一致性算法,验证了其重测信度和神经生物学意义,展示了该算法在临床神经科学中的应用潜力。
2015年7月13日,《神经科学家》(The Neuroscientist)在线发表了左西年研究员与助理研究员姜黎黎撰写的评述文章,系统回顾了人脑局部功能一致性的研究进展。文章从计算神经科学视角出发,详细阐述了人脑连接组学面临的技术挑战,强调局部功能一致性作为多模态、多尺度神经影像标记物的重要价值,系统总结了相关应用研究,并提出了“人类连接组关联研究(HCAS)”的新理念,指出局部功能一致性算法对未来人脑连接组学发展的重要推动作用。
该系列研究得到了国家自然科学基金委员会、科技部和中国科学院的资助支持。