夜幕降臨，患病老人不眠不休，像幼兒一樣不能控制大小便，出門走失，從此杳無音訊……這一幕幕并不是小說里呈現(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故事。一個阿爾茨海默病患者，往往能使整個家庭處于無序狀態(tài)；更有甚者，個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，給家庭和社會帶來不可磨滅的傷害。

作為一名臨床工作者，首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院放射科首席專家李坤成，過去十?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，自1995年開始從事阿爾茨海默病（Alzheimer disease，AD）的影像診斷研究，與國際同步開始尋找早期診斷AD的磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）指標(biāo)，當(dāng)時遇到的首要問題是：正常成人的腦結(jié)構(gòu)是什么樣的？伴隨年齡增長，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)時僅有西方人腦模板，進(jìn)行功能磁共振成像研究時，因種族差異造成定位不準(zhǔn)確的情況時有發(fā)生。

2006年，李坤成教授發(fā)起構(gòu)建“中國成人腦圖譜”的研究，希望構(gòu)建出中國成人正常腦結(jié)構(gòu)平臺，作為基礎(chǔ)正常對照。這一研究為破解 “成人大腦年齡”密碼，實現(xiàn)AD早期診斷奠定了基礎(chǔ)。目前，“中國成人腦圖譜”的研究仍在繼續(xù)深入開展，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：做中國人的腦圖譜

阿爾茨海默病（AD）又被稱為“溫柔的絕癥”，臨床上以記憶障礙、失語、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。

目前并無有效治愈AD的療法，醫(yī)學(xué)界把希望寄托在AD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)可以觀測到人腦結(jié)構(gòu)隨年齡增長而發(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程的綜合客觀生物學(xué)標(biāo)志物。

國際上已經(jīng)有很多學(xué)者開展了建立人類腦圖譜的研究，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，中國人的頭顱形狀偏圓形，而西方人的頭顱比較狹長。因此，在中國人群 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人群。

做中國人的腦圖譜，成為李坤成職業(yè)生涯中最重要的事情之一

李坤成是我國恢復(fù)高考后的首屆（77級）大學(xué)生，經(jīng)過系統(tǒng)培訓(xùn)，于1990年畢業(yè)于中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像專業(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)時國內(nèi)大型三級甲等教學(xué)醫(yī)院最年輕的放射科主任。1995年，李坤成教授開始進(jìn)行MRI腦結(jié)構(gòu)測量和多模態(tài)成像研究，實現(xiàn)了對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)和分割誤差問題后，李坤成教授萌生了構(gòu)建“中國成人腦圖譜”的想法。

2006年，李坤成教授就這一課題申報科技部“863”計劃，獲得主任基金50萬元人民幣支持，并得到中科院生物物理研究所陳霖院士973子課題支持100萬元。當(dāng)時，李坤成教授聯(lián)合全國15家大型三甲醫(yī)院，采集了來自全國24個省、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)測量研究，獲得14個重要腦結(jié)構(gòu)的正常測量值。經(jīng)過圖像質(zhì)量控制，最終2020例被試數(shù)據(jù)用于構(gòu)建腦模板。由于國內(nèi)現(xiàn)行放射科體系內(nèi)缺乏生物醫(yī)學(xué)工程師、計算機(jī)專家等高水平的跨學(xué)科人才，構(gòu)建腦模板的工作在很長一段時間內(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)隊克服了重重困難，成功構(gòu)建了“中國人腦圖譜Chinese2020”，幾乎是完成了一個不可能完成的任務(wù)。中國人腦圖譜“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。與國外腦圖譜不同，項目還構(gòu)建了＂動態(tài)＂腦圖譜，可適用于更廣泛的場景，尤其是腦老化研究。實驗結(jié)果表明，對中國人群的腦成像數(shù)據(jù)，應(yīng)用中國人腦圖譜可取得更好的圖像配準(zhǔn)和分割效果。“Chinese2020”成為第一個真正可實際使用并面向全球研究人員公開的中國人腦圖譜。

首個中國人腦圖譜“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)成一個標(biāo)準(zhǔn)腦圖像，即構(gòu)建一個腦的平均圖像，后者能反映某一個年齡段健康人群大腦的典型特征。這是不斷迭代優(yōu)化的過程，計算量非常大，十分耗時，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)，碩士專業(yè)是自動化，博士階段專業(yè)是計算機(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)探索人類的智能，而博士后導(dǎo)師李坤成教授針對患者的研究，是認(rèn)知研究非常經(jīng)典的模型。兩位導(dǎo)師的共同特點就是視野開闊，均位于腦信息學(xué)領(lǐng)域的前沿，他們在十幾年前就開展交叉學(xué)科合作研究，為我進(jìn)一步深入研究奠定了堅實的基礎(chǔ)�！�

對于三維結(jié)構(gòu)腦圖譜，“Chinese2020”主要是基于1．5T（場強(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展“Chinese1000”的項目研究，對入組志愿者首先進(jìn)行多種認(rèn)知量表評測，在國際上率先把認(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，實現(xiàn)更加嚴(yán)格、標(biāo)準(zhǔn)化的質(zhì)量控制，希望通過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)展得相對滯后；為繼續(xù)深入研究，我們正計劃在阿爾茨海默病防治協(xié)會下成立一個人工智能（AI）專委會，打造一個理、工、醫(yī)、用的學(xué)術(shù)平臺，為本領(lǐng)域研究搭建更大的舞臺。”李坤成教授認(rèn)為，運用人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等前沿技術(shù)輔助臨床前期AD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。

2021年，李坤成和梁佩鵬師徒二人參與了由“科創(chuàng)中國”聯(lián)合體指導(dǎo)，騰訊公司聯(lián)合國內(nèi)5家一線醫(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”的賽題，參賽者需要應(yīng)用AI技術(shù)編制軟件自動預(yù)測大腦年齡，將有望輔助醫(yī)生評估腦老化程度，發(fā)現(xiàn)腦結(jié)構(gòu)異常，提高對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，逐夢腦齡預(yù)測

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”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)測分析時進(jìn)一步提高準(zhǔn)確性。

第三代傳承：人工智能助力，逐夢腦齡預(yù)測

王軍凱不僅要具備數(shù)據(jù)處理能力，還要識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，面對海量的數(shù)據(jù)和耗時費力的工作，他有著與李、梁兩位教授一樣的堅韌和毅力�！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，希望通過共同努力，可以應(yīng)用AI技術(shù)實現(xiàn)更準(zhǔn)確地預(yù)測腦齡，進(jìn)而為AD類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。從李坤成開始，三代人不斷接力，給出了第一張中國人腦圖譜。

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研究領(lǐng)域，同時加深來自不同學(xué)科的科研人員對臨床醫(yī)學(xué)問題的了解，形成醫(yī)學(xué)科研的良性循環(huán)。”

回看過去，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團(tuán)隊，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放實驗平臺之中，使AI技術(shù)的研發(fā)難度和門檻被大為降低。

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”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)隊摘得桂冠，來自上海科技大學(xué)戰(zhàn)隊“bsbii” 獲得亞軍。這些年輕的隊伍來自國內(nèi)多家頂級實驗室，針對明確的臨床場景設(shè)計了十分精巧的算法，水平難分高下。

“bsbii”隊長郭良湖表示，與之前參加過的其他醫(yī)學(xué)AI競賽相比，本次比賽所提供的數(shù)據(jù)集十分豐富，打開電腦連接網(wǎng)絡(luò)就可以接入騰訊覓影開放實驗平臺，進(jìn)行 “搭積木”式的AI算法設(shè)計。

不同研究團(tuán)隊之間的切磋，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)測及相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)展。通過“以賽促學(xué)”的形式，有越來越多像王軍凱、郭良湖一樣，來自不同背景的年輕研究人員，無需具備很深的專業(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題的能力，也可為推動腦齡預(yù)測這一研究課題的進(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AI競賽的形式，參與課題研究。為了更好地研究腦、認(rèn)識腦、保護(hù)腦和開發(fā)腦，破解AD的密碼，“構(gòu)建中國人的腦圖譜”——這個三代人共同的醫(yī)學(xué)夢想故事，還在延續(xù)。