夜幕降臨，患病老人不眠不休，像幼兒一樣不能控制大小便，出門(mén)走失，從此杳無(wú)音訊……這一幕幕并不是小說(shuō)里呈現(xiàn)的情節(jié)，而是發(fā)生在不少阿爾茨海默病患者家庭里的真實(shí)故事。一個(gè)阿爾茨海默病患者，往往能使整個(gè)家庭處于無(wú)序狀態(tài)；更有甚者，個(gè)別病患的子女因不堪重負(fù)從而罹患抑郁癥最終跳樓自殺，給家庭和社會(huì)帶來(lái)不可磨滅的傷害。

作為一名臨床工作者，首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院放射科首席專(zhuān)家李坤成，過(guò)去十?dāng)?shù)年目睹上述患者家庭的林林總總，深感責(zé)任重大。因此，李教授帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)，自1995年開(kāi)始從事阿爾茨海默病（Alzheimer disease，AD）的影像診斷研究，與國(guó)際同步開(kāi)始尋找早期診斷AD的磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）指標(biāo)，當(dāng)時(shí)遇到的首要問(wèn)題是：正常成人的腦結(jié)構(gòu)是什么樣的？伴隨年齡增長(zhǎng)，腦結(jié)構(gòu)有何種改變？隨著研究的進(jìn)展，他們發(fā)現(xiàn)AD患者的海馬結(jié)構(gòu)萎縮，那么正常海馬的體積是多少？由于當(dāng)時(shí)僅有西方人腦模板，進(jìn)行功能磁共振成像研究時(shí)，因種族差異造成定位不準(zhǔn)確的情況時(shí)有發(fā)生。

2006年，李坤成教授發(fā)起構(gòu)建“中國(guó)成人腦圖譜”的研究，希望構(gòu)建出中國(guó)成人正常腦結(jié)構(gòu)平臺(tái)，作為基礎(chǔ)正常對(duì)照。這一研究為破解 “成人大腦年齡”密碼，實(shí)現(xiàn)AD早期診斷奠定了基礎(chǔ)。目前，“中國(guó)成人腦圖譜”的研究仍在繼續(xù)深入開(kāi)展，并在人工智能技術(shù)的助力下得到迅速發(fā)展。

恢復(fù)高考后的首屆大學(xué)生：做中國(guó)人的腦圖譜

阿爾茨海默�。ˋD）又被稱(chēng)為“溫柔的絕癥”，臨床上以記憶障礙、失語(yǔ)、失用、失認(rèn)以及人格和行為改變等全面性癡呆表現(xiàn)為特征，病因及發(fā)病機(jī)制尚不明確。

目前并無(wú)有效治愈AD的療法，醫(yī)學(xué)界把希望寄托在A(yíng)D的早期發(fā)現(xiàn)、早期干預(yù)、延緩其發(fā)展上。

由于腦成像技術(shù)可以觀(guān)測(cè)到人腦結(jié)構(gòu)隨年齡增長(zhǎng)而發(fā)生的變化，并且基于結(jié)構(gòu)磁共振（structure magnetic resonance imaging，sMRI）在內(nèi)的多模態(tài)MRI數(shù)據(jù)可顯示 “大腦年齡”，因此成為了被廣泛應(yīng)用于顯示大腦老化過(guò)程的綜合客觀(guān)生物學(xué)標(biāo)志物。

國(guó)際上已經(jīng)有很多學(xué)者開(kāi)展了建立人類(lèi)腦圖譜的研究，其中，蒙特利爾神經(jīng)學(xué)研究所根據(jù)152名年輕成人的高空間分辨率腦MRI數(shù)據(jù)，構(gòu)建了MNI－152腦圖譜，被腦成像國(guó)際聯(lián)盟采納，成為了應(yīng)用最為廣泛的腦模板。然而，包括中國(guó)人在內(nèi)的東亞人群與高加索人群（歐美白人）的顱腦形狀顯著不同，中國(guó)人的頭顱形狀偏圓形，而西方人的頭顱比較狹長(zhǎng)。因此，在中國(guó)人群 MRI 研究中應(yīng)用西方腦模板（如MNl－152）進(jìn)行分割和配準(zhǔn)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生偏差（ bias ），甚至出現(xiàn)將腦激活區(qū)標(biāo)記到腦外或腦室內(nèi)的情況，表明目前通用的西方人腦圖譜并不完全適用于中國(guó)人群。

做中國(guó)人的腦圖譜，成為李坤成職業(yè)生涯中最重要的事情之一

李坤成是我國(guó)恢復(fù)高考后的首屆（77級(jí)）大學(xué)生，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)培訓(xùn)，于1990年畢業(yè)于中國(guó)協(xié)和醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像專(zhuān)業(yè)，獲博士學(xué)位。1994年，他調(diào)任首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院，成為當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)大型三級(jí)甲等教學(xué)醫(yī)院最年輕的放射科主任。1995年，李坤成教授開(kāi)始進(jìn)行MRI腦結(jié)構(gòu)測(cè)量和多模態(tài)成像研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)AD的早期診斷。當(dāng)發(fā)現(xiàn)使用西方腦模板產(chǎn)生配準(zhǔn)和分割誤差問(wèn)題后，李坤成教授萌生了構(gòu)建“中國(guó)成人腦圖譜”的想法。

2006年，李坤成教授就這一課題申報(bào)科技部“863”計(jì)劃，獲得主任基金50萬(wàn)元人民幣支持，并得到中科院生物物理研究所陳霖院士973子課題支持100萬(wàn)元。當(dāng)時(shí)，李坤成教授聯(lián)合全國(guó)15家大型三甲醫(yī)院，采集了來(lái)自全國(guó)24個(gè)省、自治區(qū)和直轄市，年齡介于18～76歲的3000例健康志愿者的成人腦MRI圖像資料，經(jīng)系統(tǒng)測(cè)量研究，獲得14個(gè)重要腦結(jié)構(gòu)的正常測(cè)量值。經(jīng)過(guò)圖像質(zhì)量控制，最終2020例被試數(shù)據(jù)用于構(gòu)建腦模板。由于國(guó)內(nèi)現(xiàn)行放射科體系內(nèi)缺乏生物醫(yī)學(xué)工程師、計(jì)算機(jī)專(zhuān)家等高水平的跨學(xué)科人才，構(gòu)建腦模板的工作在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)并未能取得突破性進(jìn)展，最終在與香港中文大學(xué)影像與介入放射學(xué)系的合作中才得以完成。

歷經(jīng)十余年，李坤成教授與團(tuán)隊(duì)克服了重重困難，成功構(gòu)建了“中國(guó)人腦圖譜Chinese2020”，幾乎是完成了一個(gè)不可能完成的任務(wù)。中國(guó)人腦圖譜“Chinese2020”給出的是一整套“解決方案”，包括模板文件、灰白質(zhì)及腦脊液概率圖、坐標(biāo)系統(tǒng)及腦區(qū)標(biāo)記。與國(guó)外腦圖譜不同，項(xiàng)目還構(gòu)建了＂動(dòng)態(tài)＂腦圖譜，可適用于更廣泛的場(chǎng)景，尤其是腦老化研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)中國(guó)人群的腦成像數(shù)據(jù)，應(yīng)用中國(guó)人腦圖譜可取得更好的圖像配準(zhǔn)和分割效果。“Chinese2020”成為第一個(gè)真正可實(shí)際使用并面向全球研究人員公開(kāi)的中國(guó)人腦圖譜。

首個(gè)中國(guó)人腦圖譜“Chinese2020”

“多學(xué)科”徒弟接棒：工科、醫(yī)學(xué)、心理學(xué)一個(gè)都不少

腦圖譜構(gòu)建最核心的步驟是圖像配準(zhǔn)，要將所有腦MRI圖像配準(zhǔn)成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)腦圖像，即構(gòu)建一個(gè)腦的平均圖像，后者能反映某一個(gè)年齡段健康人群大腦的典型特征。這是不斷迭代優(yōu)化的過(guò)程，計(jì)算量非常大，十分耗時(shí)，醫(yī)生不能勝任，因此腦圖譜構(gòu)建需要工科背景人員的加入。

本科學(xué)習(xí)電氣信息技術(shù)，碩士專(zhuān)業(yè)是自動(dòng)化，博士階段專(zhuān)業(yè)是計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)（人工智能方向）的梁佩鵬教授，在博士后階段選擇了臨床醫(yī)學(xué)神經(jīng)影像學(xué)方向，成為了李坤成教授的學(xué)生�；�于工科、醫(yī)學(xué)、心理學(xué)等多學(xué)科交叉的背景，使他成為李坤成教授團(tuán)隊(duì)中非常重要的“跨學(xué)科復(fù)合型人才”。

梁佩鵬（中）帶領(lǐng)學(xué)生構(gòu)建更精確的中國(guó)人腦圖譜

梁佩鵬教授回憶：“我的博士生導(dǎo)師鐘寧教授在十幾年前就倡導(dǎo)計(jì)算機(jī)人工智能和腦科學(xué)、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的交叉研究，特別是從人工智能的視角出發(fā)探索人類(lèi)的智能，而博士后導(dǎo)師李坤成教授針對(duì)患者的研究，是認(rèn)知研究非常經(jīng)典的模型。兩位導(dǎo)師的共同特點(diǎn)就是視野開(kāi)闊，均位于腦信息學(xué)領(lǐng)域的前沿，他們?cè)谑畮啄昵熬烷_(kāi)展交叉學(xué)科合作研究，為我進(jìn)一步深入研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)�！�

對(duì)于三維結(jié)構(gòu)腦圖譜，“Chinese2020”主要是基于1．5T（場(chǎng)強(qiáng)）的磁共振數(shù)據(jù)建立的。目前，李坤成教授和梁佩鵬教授正開(kāi)展“Chinese1000”的項(xiàng)目研究，對(duì)入組志愿者首先進(jìn)行多種認(rèn)知量表評(píng)測(cè)，在國(guó)際上率先把認(rèn)知減退的志愿者排除，進(jìn)一步應(yīng)用最先進(jìn)的3T磁共振設(shè)備，實(shí)現(xiàn)更加嚴(yán)格、標(biāo)準(zhǔn)化的質(zhì)量控制，希望通過(guò)1000例圖像質(zhì)量更佳的MRI圖像的數(shù)據(jù)，使大腦解剖結(jié)構(gòu)的顯示更為精準(zhǔn)。構(gòu)建腦圖譜使用的MRI從1．5T到3．0T，再到7．0T，信噪比逐步提高，加之創(chuàng)新應(yīng)用計(jì)算機(jī)和人工智能技術(shù)，使圖像質(zhì)量、顯示的腦結(jié)構(gòu)、構(gòu)建腦圖譜的精度和AD診斷的準(zhǔn)確性逐步提高。

“雖然我們的研究起步早于西方國(guó)家，但是在交叉學(xué)科的發(fā)展上受到一定限制，發(fā)展得相對(duì)滯后；為繼續(xù)深入研究，我們正計(jì)劃在阿爾茨海默病防治協(xié)會(huì)下成立一個(gè)人工智能（AI）專(zhuān)委會(huì)，打造一個(gè)理、工、醫(yī)、用的學(xué)術(shù)平臺(tái)，為本領(lǐng)域研究搭建更大的舞臺(tái)�！崩罾こ山淌谡J(rèn)為，運(yùn)用人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等前沿技術(shù)輔助臨床前期A(yíng)D早期診斷的前景十分光明，下一步的研制工作主要交給梁佩鵬教授團(tuán)隊(duì)。

2021年，李坤成和梁佩鵬師徒二人參與了由“科創(chuàng)中國(guó)”聯(lián)合體指導(dǎo)，騰訊公司聯(lián)合國(guó)內(nèi)5家一線(xiàn)醫(yī)療科研院校機(jī)構(gòu)發(fā)起的“覓影”醫(yī)學(xué)人工智能算法大賽，希望挖掘更多同道。師徒二人依托Chinese 2020的優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)，提出了“健康成人大腦年齡預(yù)測(cè)”的賽題，參賽者需要應(yīng)用AI技術(shù)編制軟件自動(dòng)預(yù)測(cè)大腦年齡，將有望輔助醫(yī)生評(píng)估腦老化程度，發(fā)現(xiàn)腦結(jié)構(gòu)異常，提高對(duì)AD等腦疾病臨床前期診斷的準(zhǔn)確性。

第三代傳承：人工智能助力，逐夢(mèng)腦齡預(yù)測(cè)

王軍凱作為梁佩鵬教授的博士后，除跟隨梁佩鵬教授進(jìn)行“Chinese 1000”的課題研究外，也為“健康成人大腦年齡預(yù)測(cè)”賽題的影像數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)控的工作。影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量直接關(guān)系到AI算法結(jié)果是否可靠，高精度數(shù)據(jù)能幫助選手在進(jìn)行模型建立、預(yù)測(cè)分析時(shí)進(jìn)一步提高準(zhǔn)確性。

第三代傳承：人工智能助力，逐夢(mèng)腦齡預(yù)測(cè)

王軍凱不僅要具備數(shù)據(jù)處理能力，還要識(shí)別出不同大腦皮層影像，判斷圖像被分割后的結(jié)果是否合格，面對(duì)海量的數(shù)據(jù)和耗時(shí)費(fèi)力的工作，他有著與李、梁兩位教授一樣的堅(jiān)韌和毅力�！皡⑴c大賽最大的收獲是勇于接受挑戰(zhàn)；今后我和二位教授的任務(wù)還是十分艱巨的，希望通過(guò)共同努力，可以應(yīng)用AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)腦齡，進(jìn)而為AD類(lèi)疾病的診斷尋找新的解決思路與方案�！�

腦圖譜屬于腦與認(rèn)知科學(xué)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，對(duì)于腦與認(rèn)知科學(xué)的許多研究和應(yīng)用都具有重要的支撐作用，它的建設(shè)并不是一勞永逸的。從李坤成開(kāi)始，三代人不斷接力，給出了第一張中國(guó)人腦圖譜。

作為“第一代”發(fā)起人，李坤成教授表示：“希望有更多醫(yī)工交叉的人才加入這個(gè)研究領(lǐng)域，同時(shí)加深來(lái)自不同學(xué)科的科研人員對(duì)臨床醫(yī)學(xué)問(wèn)題的了解，形成醫(yī)學(xué)科研的良性循環(huán)�！�

回看過(guò)去，在醫(yī)學(xué)科研中，通常由醫(yī)生發(fā)揮主要作用，但所涉及的技術(shù)部分往往需要外包給另一個(gè)團(tuán)隊(duì)，不僅成本很高，也影響研究效率。但現(xiàn)在很多技術(shù)部分已經(jīng)可以整合到像騰訊覓影這樣的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)之中，使AI技術(shù)的研發(fā)難度和門(mén)檻被大為降低。

2021年，在“覓影”醫(yī)學(xué)人工智能算法大賽的“健康成人大腦年齡預(yù)測(cè)”賽道中，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）信息與通信工程在讀研究生組成的“Brainkiler”戰(zhàn)隊(duì)摘得桂冠，來(lái)自上�？萍即髮W(xué)戰(zhàn)隊(duì)“bsbii” 獲得亞軍。這些年輕的隊(duì)伍來(lái)自國(guó)內(nèi)多家頂級(jí)實(shí)驗(yàn)室，針對(duì)明確的臨床場(chǎng)景設(shè)計(jì)了十分精巧的算法，水平難分高下。

“bsbii”隊(duì)長(zhǎng)郭良湖表示，與之前參加過(guò)的其他醫(yī)學(xué)AI競(jìng)賽相比，本次比賽所提供的數(shù)據(jù)集十分豐富，打開(kāi)電腦連接網(wǎng)絡(luò)就可以接入騰訊覓影開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行 “搭積木”式的AI算法設(shè)計(jì)。

不同研究團(tuán)隊(duì)之間的切磋，既有利于促進(jìn)醫(yī)學(xué)影像與人工智能的融合創(chuàng)新，也能極大地助力腦齡預(yù)測(cè)及相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)展。通過(guò)“以賽促學(xué)”的形式，有越來(lái)越多像王軍凱、郭良湖一樣，來(lái)自不同背景的年輕研究人員，無(wú)需具備很深的專(zhuān)業(yè)編程能力，也可以加入到臨床醫(yī)學(xué)難題的研究之中，使用AI、大數(shù)據(jù)等創(chuàng)新科技，快速提高自己解決問(wèn)題的能力，也可為推動(dòng)腦齡預(yù)測(cè)這一研究課題的進(jìn)展做出貢獻(xiàn)。

十幾年前，李坤成教授開(kāi)始著手聚焦腦圖譜的研究，其后，梁佩鵬教授在他的研究基礎(chǔ)上持續(xù)推進(jìn)，如今，王軍凱等年輕學(xué)子又通過(guò)AI競(jìng)賽的形式，參與課題研究。為了更好地研究腦、認(rèn)識(shí)腦、保護(hù)腦和開(kāi)發(fā)腦，破解AD的密碼，“構(gòu)建中國(guó)人的腦圖譜”——這個(gè)三代人共同的醫(yī)學(xué)夢(mèng)想故事，還在延續(xù)。