高家红团队首次发布中国人脑连接组计划研究成果及其大数据资源

时间:2023年1月19日
来源:北京大学新闻网

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北京大学物理学院重离子物理研究所高家红教授团队在《自然·神经科学》杂志上在线发表了题为《中国人脑连接组计划增加脑连接组多样性》的中国人脑连接组计划研究成果及其大数据资源的相关工作。该研究建立了一套全新的中国人脑影像开放资源,并揭示了中西方脑结构与功能组织信息在大尺度水平的系统性差异。

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人类生活在充满多样性的世界里。长久以来的研究发现,人类的脑与行为受到基因、环境和文化及其相互作用的塑造,然而这种影响发生的机制始终缺乏系统性探索与研究。近年来,前沿神经影像技术方法飞速进步,推动着多模态脑成像大数据集的产生和融合性探索,并让学界得以深入探究人脑宏观结构与功能连接组架构,为包括上述主题在内的许多有趣而重要的科学问题带来了新的启发和思路。

北京时间2022年12月20日零时,北京大学物理学院重离子物理研究所高家红教授团队在《自然·神经科学》(Nature Neuroscience)杂志上在线发表了题为《中国人脑连接组计划增加脑连接组多样性》(“Increasing diversity in connectomics with the Chinese Human Connectome Project”)的中国人脑连接组计划研究成果及其大数据资源的相关工作。该研究建立了一套全新的中国人脑影像开放资源,并揭示了中西方脑结构与功能组织信息在大尺度水平的系统性差异。

该成果及其大数据资源来自于高家红团队启动和初步完成的“中国人脑连接组计划”(Chinese Human Connectome Project,简称CHCP)。CHCP旨在建立一套基于中国人群的大型多模态神经影像、行为与基因数据集。为方便对照和比较,CHCP与美国“人类脑连接组计划”(Human Connectome Project,简称HCP)的研究规程保持高度一致:包括磁共振成像扫描、数据采集参数、功能脑成像的任务范式等;同时CHCP也采集了与HCP数据集可类比的行为与基因数据。目前基于CHCP与HCP大数据集的研究已初步发现在不同文化背景下的人群其脑结构、脑功能与脑连接等特征共性与个性并存。此外,基于两组大数据集的人群脑图谱均具有很高的可重复性,而跨文化对比则发现语言加工的相关脑机制差异最大。

图1. 中西方大尺度脑功能图谱对照结果

目前CHCP大数据集已实现开放共享。CHCP中国人脑连接组计划研究成果及其数据资源的公布不仅对于促进基于中国人脑影像的脑-行为和脑图谱方面的科学研究具有宝贵意义,更重要的是填补了当前国际上缺少来自非西方群体(比如中国人群)对照的空白,为探索人类不同文化与族裔背景中的脑-行为关联起到了推动作用。基于CHCP和HCP中静息态功能磁共振影像数据建立的中西方大尺度七网络脑功能图谱结果发现中西方静息态脑功能图谱在参与高级认知加工的联合皮质区表现出较大的地形图差异性,而在初级感知觉皮质区的地形图差异性则相对较低(图1所示)。进一步分析则表明,在七个经典认知任务态下CHCP和HCP的中西方脑功能激活差异主要体现在语言加工任务中,而简单运动功能相关的脑激活图结果则表现出较低的中西方差异性(图2所示)。

图2. 七个经典认知任务态下中西方脑功能激活图对照结果

北京大学前沿交叉学科研究院葛鉴桥讲师(北京大学物理学院本科毕业生)与北京理工大学前沿交叉科学研究院杨国元助理教授(北京大学物理学院博士毕业生)为论文的共同第一作者,高家红为通讯作者。昌平实验室、北京脑科学与类脑研究中心和北京师范大学等合作单位共同参与了项目研究。高家红团队的研究工作受到国家发改委、国家科技部、国家自然科学基金委员会、北京市科学技术委员会和北京脑科学与类脑研究中心的科研经费资助与支持。

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