數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)應(yīng)用與研究范疇

摘要：數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)是數(shù)字人體學(xué)的一個(gè)重要組成部分，本文在對人體神經(jīng)系統(tǒng)、數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)、數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行比較的基礎(chǔ)上，闡述數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)用和范疇。

關(guān)鍵詞：數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)；應(yīng)用；范疇

數(shù)字人體學(xué)是利用現(xiàn)代高新技術(shù)研究人體的基因、蛋白質(zhì)、細(xì)胞、組織、器官、系統(tǒng)乃至整個(gè)人體數(shù)字化及其規(guī)律的科學(xué)[1]。數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)是數(shù)字人體學(xué)的一個(gè)重要組成部分，但是，數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)和數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)、人體神經(jīng)系統(tǒng)又是不同的概念。本文主要對數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)和數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行比較，研討數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)用及其研究范疇。

1 數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)與數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)比較

人體神經(jīng)系統(tǒng)包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)主要是腦和脊髓，周圍神經(jīng)系統(tǒng)主要是腦神經(jīng)和脊神經(jīng)，神經(jīng)系統(tǒng)是人體的主導(dǎo)系統(tǒng)。人體通過感受器接受內(nèi)、外環(huán)境的刺激將信息經(jīng)傳入神經(jīng)到大腦，再經(jīng)傳出神經(jīng)到效應(yīng)器，以調(diào)節(jié)機(jī)體。

數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)是由美國Microsft公司Bill Gates在其著作《利用數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)》[2]一書中率先提出的，就是說利用高科技的互聯(lián)網(wǎng)和集成軟件，構(gòu)建像人體神經(jīng)系統(tǒng)那樣的傳入、傳出、決策的模式，以應(yīng)付數(shù)字時(shí)代的經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)。應(yīng)該說數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)概念是經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的，它不同于人體神經(jīng)系統(tǒng)和數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)。

數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)是采用高科技手段，將人體銑切標(biāo)本、CT、MRI、各種圖譜、各種波譜、各種生化檢查儀器所獲取的信息數(shù)據(jù)，輸入到\"中心\"，進(jìn)行分析、處理、決策，這些數(shù)據(jù)或三維重建人腦和脊髓，或用于人體神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷和治療。這個(gè)由人體數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和具有高科技含量的軟、硬件組成的\"中心\"就是數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)。雖然數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)和人體神經(jīng)系統(tǒng)同屬于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，但不能發(fā)現(xiàn)，其概念不同、意義不同、用途不同。

2 數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)應(yīng)用

數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)的研究雖然處于初期階段，但已經(jīng)顯現(xiàn)出具有強(qiáng)大的生命力，可以說數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)的研究不僅具有重大的理論意義，而且具有深遠(yuǎn)的臨床實(shí)踐意義。數(shù)字人體學(xué)也是一門新興的科學(xué)，數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)的研究是當(dāng)今世界研究的熱點(diǎn)課題，數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)也是我國第174次、第208次香山科學(xué)會(huì)議確立的課題之一，并納入國家\"863計(jì)劃\"和\"973計(jì)劃\"， 中國科學(xué)院2012年11月率先實(shí)施啟動(dòng)了\"腦功能聯(lián)結(jié)圖譜\"戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)，近日該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)取得初步進(jìn)展[3]。

近年來，中國也在腦與認(rèn)知科學(xué)上加強(qiáng)了部署。國家\"973計(jì)劃\"先后啟動(dòng)了\"腦結(jié)構(gòu)與功能的可塑性研究\"、\"人類智力的神經(jīng)基礎(chǔ)\"等課題，國家自然科學(xué)基金委員會(huì)啟動(dòng)了\"視聽覺信息的認(rèn)知計(jì)算\"、\"情感和記憶的神經(jīng)環(huán)路基礎(chǔ)\"等重大研究計(jì)劃。

澳大利亞科學(xué)家成功地研制出人工耳蝸芯片，主要解決聽覺信號傳導(dǎo)問題，通過芯片分析、傳導(dǎo)刺激的信號，以傳導(dǎo)聲音，初步解決了永久性耳聾問題。我國在這方面也進(jìn)行了成功地嘗試。2013年美國又啟動(dòng)了\"人大腦活動(dòng)圖\"項(xiàng)目，旨在解決人類老年癡呆病，與此同時(shí)，國際上相關(guān)學(xué)科的專家、學(xué)者開展了利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立腦數(shù)據(jù)庫或建立腦模型的研究。2013年德國科學(xué)家還開發(fā)出模擬人腦的神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)硅圓片（硅芯片），這是歐盟人腦研究項(xiàng)目要開發(fā)的類似人腦的新型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基石。實(shí)際上，包括我國在內(nèi)的多個(gè)國家已經(jīng)在該領(lǐng)域著手研究。

利用數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)的數(shù)字化圖像導(dǎo)引方法，應(yīng)用于臨床，將CT、MRI、各種圖譜、各種波譜、各種生化檢查儀器所獲取的信息數(shù)據(jù)三維重建，并傳入手術(shù)室，利用機(jī)器人成功地開展了無框架定位腦手術(shù)。畢思文、田增民等分別在中華神經(jīng)外科雜志、中華醫(yī)學(xué)雜志、中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)雜志上發(fā)表了相關(guān)論文，介紹了\"神經(jīng)導(dǎo)航與無框架腦立體定向手術(shù)在神經(jīng)外科中的應(yīng)用\"、\"數(shù)字化圖像導(dǎo)引與無框架定位腦手術(shù)\"、\"機(jī)器人系統(tǒng)輔助腦立體定位手術(shù)\"、\"新型機(jī)械臂在腦外科定向手術(shù)中的應(yīng)用\"[4-7]，論文介紹的利用數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)的數(shù)字化圖像導(dǎo)引定位方法進(jìn)行的560例手術(shù)，其中腦腫瘤359例，癲癇、嚴(yán)重精神疾病、帕金森氏病等112例，腦膿腫、腦血腫、腦積水77例，腦內(nèi)金屬異物12例，都獲得了成功[8]。

3 數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)研究范疇

3.1探索人類認(rèn)知的物質(zhì)基礎(chǔ) 心理學(xué)關(guān)于認(rèn)知方面的概念很多，比如思維、記憶、遺忘、回憶、聯(lián)想、分析等，以思維為例，思維是人腦對客觀現(xiàn)實(shí)的間接地、概括的反映，是人腦反映客觀事物共同特點(diǎn)本質(zhì)屬性的形式，創(chuàng)造性思維是人們以新異、獨(dú)創(chuàng)的方式解決問題的思維，那么思維是如何進(jìn)行的，思維的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么，這就是數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)需要研究的。20世紀(jì)最偉大的科學(xué)家愛因斯坦，是世界公認(rèn)的天才，在他去世若干年后，加拿大病理學(xué)家公布了愛因斯坦大腦胼胝體較正常人寬的數(shù)據(jù)。

3.2構(gòu)建人體神經(jīng)系統(tǒng)圖像導(dǎo)引定位 人腦在顱內(nèi)分為左右大腦半球，顱內(nèi)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，還有小腦、丘腦、腦垂體、松果體、由豆?fàn)詈?、尾狀核、背?cè)丘腦組成的內(nèi)囊、海馬、胼胝體等。利用人體銑切標(biāo)本、CT、MRI、各種圖譜、各種波譜、各種生化檢查儀器所獲取的信息數(shù)據(jù)，輸入高性能計(jì)算機(jī)，采用現(xiàn)代軟件編程進(jìn)行分析、處理，三維重建人腦和脊髓，把三維重建的圖像定位，用于人體神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷和腦內(nèi)腫瘤、膿腫、血腫等的手術(shù)。構(gòu)建人體神經(jīng)系統(tǒng)圖像導(dǎo)引定位，較好的解決了復(fù)雜的顱內(nèi)手術(shù)。

3.3研討人體神經(jīng)傳導(dǎo)機(jī)制 人體的神經(jīng)傳導(dǎo)機(jī)制十分復(fù)雜，例如：人體感覺、運(yùn)動(dòng)傳導(dǎo)機(jī)制，感覺、運(yùn)動(dòng)傳導(dǎo)障礙機(jī)制，神經(jīng)-激素（遞質(zhì)）調(diào)節(jié)機(jī)制，神經(jīng)-效應(yīng)器支配方式，神經(jīng)核、神經(jīng)節(jié)、神經(jīng)、神經(jīng)末梢的分布等。我國近年來開展的\"腦結(jié)構(gòu)與功能的可塑性研究\"、\"人類智力的神經(jīng)基礎(chǔ)\"等課題， \"視聽覺信息的認(rèn)知計(jì)算\"、\"情感和記憶的神經(jīng)環(huán)路基礎(chǔ)\" 等重大研究課題，就是試圖解決這方面的問題，目前，有些課題已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展。

人體神經(jīng)系統(tǒng)有許多奧秘尚待研究，有許多問題尚待探索，隨著數(shù)字人體神經(jīng)系統(tǒng)的深入研究，我們期待一批重大科研成果問世，以造福人類。

參考文獻(xiàn)：

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[6]田增民，王田苗.數(shù)字化圖像導(dǎo)引與無框架定位腦手術(shù)[J].中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，2003，19（204）：158-159.

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[8]畢思文.數(shù)字人體-人體系統(tǒng)數(shù)字學(xué)[M].第1版.北京：科學(xué)出版社，2004：708-709.

編輯/哈濤