曹淼：好奇心驅(qū)動腦科學研究

干思思

曹淼

人腦是自然界中最復雜的系統(tǒng)之一。據(jù)統(tǒng)計，一個成年人的大腦中約有10個神經(jīng)元細胞，這些數(shù)量巨大的神經(jīng)元細胞通過大約10個突觸互相連接，形成了一個高度復雜的腦網(wǎng)絡(luò)。近期，國際上將人腦網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及其拓撲描述成為“人腦連接組學”。傳統(tǒng)生物學等對人腦的局部重要部位神經(jīng)回路信號傳遞及其化學基礎(chǔ)已了解得比較清楚了，但從全腦網(wǎng)絡(luò)角度精細刻畫諸如學習、記憶、決策、思考和語言等復雜功能的神經(jīng)機制及其隨發(fā)育、老化、疾病的變化，至今仍是科學家們面臨的重大挑戰(zhàn)。如今，在前沿科技的幫助下，揭秘人腦“黑匣子”，挖掘人腦工作的奧秘，這項工作聽起來迷人而炫酷，吸引著許多年輕學者投身其中。

神經(jīng)影像學通過影像學方法以圖像的方式來揭示腦的解剖結(jié)構(gòu)與功能，是腦科學領(lǐng)域新興的重要研究方法。來自復旦大學類腦智能科學與技術(shù)研究院的青年研究員、副教授曹淼長期致力于基于神經(jīng)影像學的人腦發(fā)育和人腦連接組學方法學研究。近年來，圍繞大腦早期健康發(fā)育，孤獨癥、注意缺陷多動障礙等發(fā)育障礙，以及語言認知發(fā)展的神經(jīng)機制，曹淼發(fā)表了一系列重要成果。

好奇心驅(qū)使：進入人腦發(fā)育研究

認知神經(jīng)科學是一個交叉性非常強的專業(yè)，從基因-腦-行為-認知-疾病多角度來闡明認知活動的腦機制，融合心理學、認知科學、計算機學等研究領(lǐng)域。從博士期間到如今的團隊，曹淼身邊有來自各種各樣專業(yè)背景的人。多元交叉的學術(shù)氛圍激發(fā)著大伙兒的科研靈感。

曹淼是數(shù)學與應用數(shù)學專業(yè)出身，2006年到2010年，她在廈門大學讀書。畢業(yè)前，在一次機緣巧合中，曹淼認識了自己在北京師范大學讀博期間的導師——認知神經(jīng)科學教授賀永，接觸中，對人腦研究產(chǎn)生了興趣。

“賀老師是一個方向性很好的人，他從我的科研基礎(chǔ)和興趣出發(fā)，幫助我選擇了人腦發(fā)育方向?！痹诓茼笛劾?，人腦發(fā)育是一個非常有意思的研究方向?！霸?到18歲這個階段，人不管在外表，還是認知行為上都在經(jīng)歷了一個非常劇烈的發(fā)展過程。那么人腦是怎樣變化的？有何規(guī)律？能不能像人的體重、身高那樣，建立一個關(guān)于大腦變化的常模？當人腦發(fā)育偏離正常軌跡時會發(fā)生什么？”后來，隨著研究深入，曹淼逐漸不滿足于只研究正常發(fā)育的人腦，出于對提升國民素質(zhì)的實際需求，她以廣受關(guān)注的孤獨癥兒童異常的人腦發(fā)育研究入手，展開對異常發(fā)育人腦的研究。

在博士求學階段，曹淼陸續(xù)發(fā)表了一系列的工作。2014年，在基于圖論的網(wǎng)絡(luò)分析方法研究全腦功能網(wǎng)絡(luò)的畢生變化軌跡時，曹淼和團隊成員發(fā)現(xiàn)生命周期內(nèi)人腦功能連接組拓撲組織模式有顯著改變，但是一些常規(guī)的組織模式隨時間趨向于穩(wěn)定。這些結(jié)果可能有助于理解基于神經(jīng)環(huán)路變化而引起的生命周期內(nèi)認知和行為隨年齡的變化。曹淼以第一作者的身份在國際權(quán)威期刊《發(fā)展認知神經(jīng)科學》（

Developmental Cognitive Neuroscience

）上發(fā)表成果，因為頗具突破性，成果入選基本科學指標數(shù)據(jù)庫（ESI）top1%高被引文章。同年，她以第一作者發(fā)表在《分子神經(jīng)生物學》（

Molecular Neurobiology

）上的另一篇論文被選為封面文章。進一步關(guān)注人類早期發(fā)育階段，曹淼等使用單純早產(chǎn)兒數(shù)據(jù)庫中的腦影像數(shù)據(jù)，系統(tǒng)地探究了嬰兒全腦功能網(wǎng)絡(luò)拓撲屬性的早期發(fā)育模式。研究成果相繼發(fā)表在神經(jīng)科學領(lǐng)域權(quán)威期刊《大腦皮層》（

Cerebral Cortex

）上。2016年博士畢業(yè)后，曹淼在北京師范大學系統(tǒng)科學學院從事為期兩年的博士后研究，接受復雜系統(tǒng)科學教授王文旭和賀永教授聯(lián)合指導。在北京師范大學深耕8年，曹淼利用靜息態(tài)功能磁共振成像研究人腦功能連接網(wǎng)絡(luò)的正常及異常發(fā)育，取得了一系列重要的研究成果。她以第一作者（含共同）在《神經(jīng)科學前沿》（

Trends in Neuroscience

）和《大腦皮層》（

Cerebral Cortex

）等期刊發(fā)表論文多篇，論文被多家國際權(quán)威期刊多次引用?；谕怀龅某煽儯茼禈s獲2017年北京師范大學認知神經(jīng)科學與學習國家重點實驗室科技新星獎。2018年7月，她圓滿結(jié)束了自己的博士后研究工作。

立足張江國際腦庫：開展孤獨癥與語言認知研究

腦科學被譽為生命科學的“終極疆域”，同時也是眾多前沿科技發(fā)展的基礎(chǔ)。在醫(yī)學、教育、信息等重要領(lǐng)域中，尤其是事關(guān)人類生命健康的抑郁癥、孤獨癥、帕金森氏綜合征等神經(jīng)性和精神性疾病，亟須腦科學的進步為其提供新的解決方案。為此，在近十年，歐洲及美國、日本、中國相繼發(fā)布腦科學研究計劃，率先布局，展開科技角逐。

在此背景之下，2018年7月，上海市批復設(shè)立“腦與類腦智能基礎(chǔ)轉(zhuǎn)化應用研究”市級重大專項。如今，經(jīng)過4年發(fā)展，項目已有100多家國內(nèi)外高校、科研機構(gòu)、企業(yè)及醫(yī)院等合作單位參與，集聚了包括計算科學、神經(jīng)科學、信息科學、臨床醫(yī)學等多領(lǐng)域近1200位科學家和研發(fā)團隊，在算法與應用、腦機制解析、全維度腦庫、重大實驗平臺、腦疾病轉(zhuǎn)化應用等方面均取得了顯著進展。

2018年8月，曹淼加入該重大專項實施負責單位——復旦大學類腦智能科學與技術(shù)研究院，擔任青年研究員和副教授。得天獨厚的科研平臺、自由而多元的學術(shù)氛圍，給了曹淼施展學術(shù)抱負的廣闊空間。2019年，基于前期研究積累的豐富經(jīng)驗，曹淼接連申請獲批上海市科學技術(shù)委員會上海市自然科學基金項目“基于多模態(tài)腦影像數(shù)據(jù)的孤獨癥兒童腦網(wǎng)絡(luò)早期異常發(fā)育研究”、國家自然科學基金項目“基于多模態(tài)磁共振影像的嬰幼兒腦功能模塊化發(fā)育模式研究”。因為在孤獨癥方面的研究經(jīng)驗，曹淼還成為全維度腦庫——張江國際腦庫精神分裂癥、抑郁癥、孤獨癥等六大隊列中孤獨癥隊列的負責人。

孤獨癥譜系障礙是廣泛性發(fā)育障礙的代表性疾病，其主要表現(xiàn)為不同程度的人際交往障礙、興趣狹窄和行為方式刻板。中國目前孤獨癥發(fā)病率約為0.7%，對患兒及其家庭都造成極其沉重的負擔，是重大的公共衛(wèi)生問題。在早期階段識別孤獨癥兒童的腦發(fā)育異常模式不僅對于理解疾病的神經(jīng)生物學基礎(chǔ)十分重要，且對于疾病的早期診斷和干預有重要的臨床價值。張江國際腦庫孤獨癥隊列計劃采集3～18歲孤獨癥人群的腦影像、基因、代謝，以及臨床評估、認知行為測查等數(shù)據(jù)，為揭示孤獨癥人群早期腦異常發(fā)育模式、建立期預警、診斷及治療評估的生物學標記物提供助力。隨著項目接近收尾階段，曹淼和團隊成員基于此隊列的研究工作也將陸續(xù)發(fā)表。

此外，人腦的語言認知發(fā)展也是曹淼新的研究重點。語言認知的發(fā)展是大腦發(fā)育過程中極為顯著且關(guān)鍵的一部分，曹淼以中文認知的神經(jīng)機制特性為研究切入點，探索了人腦在不同語言類型加工上的差異，以及中文閱讀的腦網(wǎng)絡(luò)發(fā)育規(guī)律，工作發(fā)表在《神經(jīng)科學通報》（

Neuroscience Bulletin

）和《發(fā)展認知神經(jīng)科學》（

Developmental Cognitive Neuroscience

）等期刊。以此為基礎(chǔ)，未來她還將進一步探索異常人群的語言加工機制是如何發(fā)生改變等系列問題。

2021年年底，中國首檔單元劇本式科技挑戰(zhàn)競技真人秀《未來新世界》開播，在第2期節(jié)目《腦力躍遷》中，節(jié)目組來到復旦大學張江國際腦影像中心，利用這里的磁共振掃描來進行讀腦挑戰(zhàn)。節(jié)目中，曹淼和她的同事們向觀眾展示了通過腦影像技術(shù)對嘉賓腦齡、腦性別，甚至是大腦中所想語義的識別，讓人不得不驚嘆于腦影像技術(shù)對大腦奧秘的揭示。

未來，曹淼希望基于研究院的優(yōu)勢平臺，協(xié)助張江國際腦庫逐步完善，將健康兒童發(fā)育、異常兒童發(fā)育和語言認知發(fā)展3個問題結(jié)合在一起，進一步推動相關(guān)研究發(fā)展。與此同時，壯大自己的小團隊，與同行們一道，做出更多有價值的成果。