磁共振成像是开展脑科学研究最重要的现代影像方法之一。随着近几年各国脑计划的陆续展开如美国人类连接组计划(Human Connectome Project, HCP, http://www.humanconnectomeproject.org/ )和2013年美国奥巴马政府制定的“脑计划”(BRAIN Initiative, http://www.whitehouse.gov/share/brain-initiative ),磁共振技术已被广泛应用于探索大脑结构和功能网络连接图谱。脑成像课题组以具有较高智力的非人灵长类动物为主要模式动物,探索和研究人类大脑高级认知的脑网络机制,构建与人类脑功能结构更为接近的非人灵长类的疾病模型。灵长类疾病模型的建立,不仅可以供筛选治疗脑疾病的临床药物,也有助于探索和研发新一代的生理、物理治疗手段,包括侵入性和非侵入性的电、磁、光、声神经调控技术。在非人灵长类动物模型上的实验成果,将对少儿孤独症,中年抑郁症、强迫症,老年帕金森症等脑疾病的预防、早期诊断、早期干预和治疗有着重大的意义。我们实验室的长期工作目标是从临床精神类疾病的影像学诊断和神经调控干预问题出发,建立非人灵长类动物模型,发展超高场磁共振成像和新型神经调控等技术,研究猕猴与人类的脑疾病联接图谱,深入理解情感障碍类疾病的环路机制,研发介入干预治疗的新技术。主要的研究方向包括:

  脑联接图谱的生物学基础 

  高等动物的大脑可以根据特定的结构和官能特征划分成不同的脑区来协调处理不同的感觉信息。使用扩散磁共振成像技术可以获取全脑范围的白质纤维束的空间走向和连接,形成脑结构联接图谱。而采用功能磁共振成像技术(functional MRI, fMRI)则可以通过测量这些脑区间功能磁共振成像信号的协调同步性,来评估全脑网络联接的功能特征,得到脑功能联接图谱。在全脑网络层面,从结构与功能两个角度探索大脑的奥秘,已经吸引了基础科研工作者和临床医生的广泛关注,特别是有可能用于探索临床疾病影像学诊断指标(imaging biomarker)。但是,这些宏观尺度上观测到脑联接图谱背后的生物学机制并不清楚,极大限制了其在临床疾病诊断中的应用。我们计划结合神经电生理、神经解剖学、基因测序技术,建立大尺度神经计算模型,探索磁共振脑联接图谱背后的遗传学、神经生理学机制。

  精神疾病的影像学诊断与神经调控干预

  越来越多的研究证据表明人类的情绪障碍(mood disorders)类疾病不单单是某一个脑区或神经递质异常导致的,而是在脑网络系统层面上涉及多个神经环路及相关神经递质和分子介质参与的复杂疾病。我们重点关注以目标导向行为(goal-directed behavior)和习惯(habit)为环路基础的强迫症(obsessive-compulsive disorder)的影像学诊断,并建立影像学证据辅助的临床干预(包括认知行为训练、药物治疗和深部脑刺激治疗等)流程,优化提升临床治疗疗效。我们计划采用病毒介导的基因编辑来建立灵长类动物疾病模型,开展认知灵活性的行为范式训练,结合磁共振成像和神经调控技术,深入研究此类疾病的神经环路机理以及临床治疗的疗效机制。我们同时与临床研究机构紧密合作,推动新型神经调控干预技术的转化研究。

  -人脑图谱跨物种研究

  精神疾病的脑图谱一般涉及建立全脑范围大尺度的网络计算模型,特别是高时间和空间分辨的全脑磁共振成像技术经常产生海量的影像数据。而且精神疾病患者通常具有极大的临床异质性,并发各种共病症状,对临床客观诊断造成巨大的挑战。我们计划建立人-猴相对应的脑疾病影像数据集合,发展适用于神经信息分析的机器学习算法,模拟分析脑网络大数据,并结合模式动物和人类临床实验的证据,探索精神疾病病理,发展有效的神经调控治疗手段。

王 征 博士

研究员