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攻克人类脑疾病,前沿科技齐聚力
2023/11/17

脑疾病亟待攻克,脑科学备受关注


近年来,中国脑疾病发病率呈上升趋势:我国60岁及以上阿尔茨海默病患者接近1000万,孤独症人群超过1000万,抑郁症患者约有4800万。


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随着人口老龄化和脑疾病发病趋势加速,患者劳动能力的降低或失去,需要家庭和专业人员照护、治疗费用昂贵或难以治愈等问题,为患者、家庭及社会带来的经济负担日益加重,亟需有效的治疗手段帮助脑疾病患者恢复健康。脑科学也因此被社会广泛关注。


在所有科学研究之中,大脑是科学家们所知甚少的“自然科学最后一块疆域”。


在“健康中国2030”和“中国脑计划”等国家战略的加速推进下,中国已迎来脑科学高速发展的时代,为脑疾病的治疗带来更多可能。


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《国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要》、《“健康中国2030”规划纲要》、中国脑计划”等国家战略都将脑科学作为重要目标任务。


根据《扩大内需战略规划纲要(2022-2035年)》,要“支持社会力量提供多层次多样化医疗服务”,“积极发展个性化就医服务等规划”。


社会的进步与繁荣发展的过程中,不能忽视脑疾病患者的需求和权益,尤其是为社会贡献了青春和热血的中老年群体,迫切需要专业机构,为脑疾病患者提供专业的医疗服务,帮助更多人享有平等的机会、尊严的生活、更好的科技进步体验;而从健康人群的脑健康需求出发,社会也需要对积极发展个性化服务进行深入探索。


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前沿科技为突破,脑健康未来可期


“中国脑计划”提出,自闭症、心理障碍、抑郁症、阿尔茨海默症、帕金森等脑疾病是首要攻克的目标。近年来,随着脑科学研究的深入,对大脑的认知正不断拓展,多项研究成果为脑疾病的诊断治疗提供新的方法。


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自闭症、抑郁症、阿尔茨海默病等大多数重大脑疾病都源于脑功能网络的病变,但全球缺乏有效治疗方法,瓶颈在于脑认知的局限严重阻碍了对脑疾病机制的理解,有效治疗更无从谈起。


随着深入研究,人们从功能角度实现了对多种重大脑疾病的机制理解,并在核磁共振、计算机、人工智能等先进科技的支撑下,一些应用上取得了突破性效果进展。


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例如,发展一日千里的人工智能新技术,将来能够帮助医生进行AI辅助问诊、辅助分析大脑影像和脑电数据、制定手术方案等,减轻医疗资源压力同时提高治愈效率和准确性。


借助功能磁共振,实现全脑信号的扫描,通过工程和数学的计算,制定出全脑200余个脑功能分区的脑功能图谱,准确分析每一个人独特的大脑功能。


基于心理学、神经科学、大数据和数字建模等技术,能够帮助计算设计针对多种重大脑疾病的个性化干预方法,通过数据采集、信号解析,定位功能损伤区,对患者异常的脑功能进行训练恢复,其优势在于突破性、无创、个体精准、起效快。


AI+脑科学,强强联合造福人类


随着以ChatGPT为代表的大模型AI技术广泛进入生活和工作,人们也期待AI未来能在商业分析和决策上起到更好的帮助。然而,目前AI机制的不透明、不可解释性极大制约了人们对其决策的理解。无独有偶,大脑在高级决策方面的工作原理也仍不明确


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别说如此复杂的人类大脑,猕猴的大脑策略尚且未被研究透彻。


在一项让猕猴进行经典的街机游戏《吃豆人》的任务研究中,猕猴能够熟练掌握操纵杆进行走迷宫、寻找食物、躲避敌人的追究并反杀等任务。


研究人员发现猕猴通过使用分而治之的启发式方法,在每个时间只关注游戏的一个子任务,分布式地解决这些问题。更令人感到吃惊的是,猕猴能够在时序上组合这些策略基组,构建更为复杂的复合策略,来处理更有挑战性的任务。


为定量地描述猕猴的游戏策略,科研团队利用人工智能和统计方法,将不同的策略基组对比拟合到猕猴的游戏行为数据中,推断策略的动态权重。该计算模型对猕猴手柄运动的预测准确率能够达到90%以上。


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这项交叉研究给AI for Brain Science领域带来了重要的启示:低维的行为任务不足以理解复杂的大脑,而AI可以辅助理解高维数据,高维行为、高通量神经元记录以及合理的AI模型可以帮助人类理解大脑复杂性


AI研究正如火如荼,脑科学上升至国家战略,拥有双重buff的AI for Brain Science成为竞相追逐的研究对象。人工智能和脑科学这两个“黑匣子”互相启发、互相破译,在发展过程中交叉演进。


人工智能旨在模拟智能体的决策和问题解决能力,而脑科学则专注于理解人类认知过程。这一交叉演进为我们提供了更好地理解智能的机会,有助于开发更智能的机器,同时也有助于更深入地理解人类思维和大脑运作,有广泛的健康应用潜力。


例如,人工智能可以帮助识别难以察觉的痕迹、进行线索分析等。


在AI for Brain Science方面,人工智能至少具有以下方面应用:建设侵入性脑电数据库以破译脑功能破译、建立大型队列以实现阿尔茨海默病早期诊断;通过人工智能技术改进睡眠障碍的诊断方法、开发基于人机对话的抑郁症问诊机器人和利用语音和语言特征构建症状与精神疾病知识图谱等


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而在精准医疗方面,人工智能更是具有巨大潜力,在3-5年内预计可实现完成最后一公里。


另一部分AI for Brain Science健康应用则会以音乐这样“润物细无声”的形式改善人们的生活。例如,帕金森患者可采用节律性音乐治疗有效改善其运动功能障碍,提高肢体的协调性;在辅助行走方面,老年人也可以通过耳机或穿戴感知设备传输的音乐或节律性声音,提升日常行走的安全性。此外,音乐还可以用于刺激和唤醒植物人


磁共振成像技术加速 大幅提升诊疗水平


磁共振成像被誉为现代医学影像技术“皇冠上的明珠”,在临床中发挥着愈发重要的作用。近年来,针对磁共振最新前沿技术应用:以人工智能、脑科学等为代表的新一轮科技革命正在重构全球创新版图。


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人工智能深度赋能的磁共振设备,为困扰人类的各种脑疾病的早期诊断、早期干预治疗贡献力量。 加大对相关技术的研究,将大幅提升临床诊疗水平;加速推动人工智能科学技术的进步,对促进相关技术领域的发展具有重大意义。 


美国国家工程院院士、美国国家发明家科学院院士、范德堡大学成像科学研究所(VUIIS)创始所长John C. Gore院士指出,基于扩散成像的微尺度标记物可以提供超出分辨率极限的微观结构信息,未来将对神经系统疾病的研究诊断有重要指导价值。 


高分辨率和高保真的DWI成像方法,实现了图像的变形抑制到变形去除,实现了层内的高分辨成像和3D等体素亚毫米DWI成像,并提升了信号的采集效率,为探索大脑微观奥秘,解决脑肿瘤等疾病提供可靠的依据。  


针对目前磁共振技术成像慢、分辨率低,定量精度差等缺点,基于磁共振的亚体素定量磁化率成像技术突破现有磁共振成像技术瓶颈,开发多模态、一体化、亚体素定量磁化率成像新技术,为脑组织精准定量及相关脑疾病的早期检测提供技术手段。 


针对被称为“脑海中的橡皮擦”的阿尔茨海默症,磁共振研究亦新进展:新的CNN网络可有效将脑干的血管母细胞瘤与其他肿瘤分开,效果超过了主治医师以上的水平;3D全局傅里叶网络,可有效将阿尔茨海默病患者与正常人分开;“对抗-对比”图神经网络,实现神经发育障碍疾病的分类诊断。 


针对人工智能磁共振训练数据缺乏的瓶颈问题,磁共振物理生成数据的泛化人工智能快速成像和定量成像方法,建立智能云脑成像平台实现放射科医生与工程师高效科研协作,能够帮助解决高端磁共振设备信号采集瓶颈和临床转化应用问题。 


此外,使用低秩模型与稀疏约束的重建方法实现清晰实时动态成像,患者无需屏息无需使用心电门控,即可获得高时间分辨率的心脏图像,实现对心律不齐患者的异常心动周期的捕捉;基于信息增强和噪声去除相结合进行不同场强下的fMRI数据质量增强,可显著提升fMRI数据的时空分辨率,保障脑功能连接和脑功能网络的稳定可重复性。 


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博而雅科技 专注脑健康数字化解决方案


一系列研究成果的取得固然振奋人心,但到具体从概念走向现实,成为相关人群生活中必不可少的应用,还需要科研、产业、政策等多方协同努力。


博而雅科技作为以脑科学为导向的高科技企业,立足于在脑科学研究领域取得的突破,以全球化视野、前瞻性战略眼光布局脑疾病诊断、治疗、康复等领域,积极寻求多方合作,致力于为全龄段人群提供脑健康数字化解决方案,用科技守护每个大脑。


目前,企业核心产品以工作记忆原理为核心,融合脑科学、教育学、神经科学、认知心理学等前沿研究成果,以人工智能技术辅助,用先进高端材料呈现,为用户量身制定与执行个性化康复干预方案,并通过线下数字疗法体验中心+线上认知训练服务模式,满足青少年人群(菁英大脑训练系统)、中老年人群(智康训练系统)等多类人群的不同需求。

在此两款产品得到市场认可的基础上,博而雅科技与欧葆庭中国、银城康养等多家机构、科研单位签订战略合作。与同道一起,立足于在脑科学研究领域取得的突破,依托“以数字疗法为核心,以用户需求为中心”的服务体系,为广大人群提供个性化的脑健康相关服务。


并且,企业将以此为契机,在追求人类健康和脑健康的道路上矢志不渝。积极联合各界力量,携手同行共同成长,让更多的人投身于脑健康事业,共同推动社会的包容与进步,寻求构建一个全民脑健康的世界与国内外各界平台共同投入高水平科研团队,致力于前沿脑科学设备的迭代研发、创新技术的实践,同时,将继续搭建全方位、开放式的交流平台,促进脑科学行业生态高质量发展。

当然,博而雅科技也将充分发挥脑科学前沿技术优势,积极探索科技创新,持续赋能脑健康产业,全方位地守护人类的脑健康。