第一章　脑图谱概论

众所周知，科学界有几个最主要的基本问题，例如，宇宙是如何产生的？太阳系和地球是如何产生的？生命是如何产生的？人类的意识及智力是如何产生的？而人类与其他动物的显著差别是思维和智力，毋庸讳言，脑是人类思维和智力的主要器官，科学界对脑的研究和探索一刻都没有停止过。

脑是人体最重要的器官，各种脑疾病严重影响人类健康和威胁人类生命。虽然人类对自身脑研究已经取得了很大进展，但是在正常人的心理、智力活动，以及儿童青少年学习记忆障碍、成年人神经精神异常及老年痴呆等影响全民身心健康的重大问题方面仍然存在巨大未知领域，成为人类科学研究和探索的热门课题。

研究正常人和病理状态下人脑内信息加工是当今国际医学领域研究的重大课题，在这些研究的过程中，将反映脑功能的神经信息融入含有结构信息的标准脑模板之中是必不可少的环节，进而在整体水平研究人类思维、意识起源奥秘，以及疾病发生发展的中枢神经系统机制，从系统水平研究脑、认识脑、保护脑和开发脑。因此，建立正常人含有结构和功能信息的“标准脑模板”（standard brain template）是全球“人类脑计划”的重要组成部分。

在由美国科学家启动“虚拟人”（virtual human）计划之后，韩国、中国、日本、德国、澳大利亚等国的科学家纷纷采用人体解剖和影像学的方法，应用组织切片、高精度、高分辨力光学照相、计算机体层扫描（computed tomography，CT）和磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）扫描的方法，获取个体尸体标本的解剖结构数据，再应用计算机图形、图像技术，重建出人体全数字化三维模型，实现了人体解剖结构的数字化和可视化，其中包含人脑的三维图谱。

中国解剖学、生物医学工程和计算机专家合作也制造了自己的“虚拟人”，与美国和韩国的“虚拟人”相比，中国的“虚拟人”选择标本更准确，切削方法更合理、切面更薄，能清晰地显示血管结构，看起来“有血有肉”，使我国“人体管道铸型技术”处于国际先进水平。中国的“虚拟人”作为一个基础数据平台，可用于与人体结构有关的医学、航天、体育、军事、汽车、机械制造、艺术等多个领域，具有重大社会和经济价值。

尽管“虚拟人”的问世奠定了人体结构数字化、可视化和标准脑模板的基础，取得很大进步，但是其仅包含个别尸体形态结构的信息，缺乏人群的广泛代表性；尸体通过固定、冷冻等处理后，其结构必然与活体存在差异，没有活体的功能信息，应用“虚拟人”数据时，必须将之作为标准与活人数据进行精确配准，由于人类存在个体解剖差异，如何将这些数据集通过空间变换进行配准，以实现个体脑与标准脑的对应映射，还有待于进一步优化。

鉴于尸体标准脑模板（即脑图谱，brain atlas）存在的上述问题，国外一些学者开始进行活体三维数字化人脑图谱研究。德国汉堡研究小组、美国哈佛大学医学院的Kikinis分别对一例健康志愿者进行大脑MRI扫描，将所获MRI数据集与一个解剖标识数据集关联起来，再辅以三维可视化技术，获得一个高分辨力MRI脑模板（Kikinis，et al，1996）。由于MRI是无创伤、无射线辐射危害的成像方法，软组织对比度高，该模板被许多研究机构所应用。但是其数据仍然来源于单个个体，必然导致区域空间标准化的误差。

为此，由17个国家80个研究中心参加的脑图谱国际协会（international consortium for brain mapping，ICBM）计划，准备收集7 000例18～90岁正常和疾病患者的脑图像数据，以建立基于大多数人群的人脑概率图谱和参考系统（probabilistic atlas and reference system of the human brain）。加拿大蒙特利尔神经研究所（Montreal Neurosciences Institute，MNI）的Evans与Collins等基于305个正常受试者的MRI图像数据，建立了一个概率解剖脑图谱，但是其样本量相对较少，对其准确性和代表性有一定影响。

总之，脑图谱的构建和应用对脑与认知科学研究具有重要意义，脑图谱被认为是脑科学研究的基础条件（Mandalet al，2012）。借助于脑图谱，研究人员就可以比较或综合来自不同成像模态、不同大脑状态、不同实验室的脑成像结果（Evans et al，2012）。由于不同人群（按照年龄、性别、种族等）的大脑存在形态学差异（包括大脑的形状和尺寸），因而，迫切需要研发中国人自己的脑图谱以支持针对中国人群的脑和认知神经科学研究。