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复旦大学类脑研究院发现:青少年大脑结构异常与精神疾病风险显着相关
青春期的大脑发育异常是否会埋下成年后罹患精神分裂症的“种子”,如何发现这颗隐匿的种子?近日,复旦大学类脑智能科学与技术研究院冯建峰课题组对来自英美等6个国家20余所研究机构的超过1万例影像遗传学数据进行计算分析,通过全脑全基因组范围的“广泛搜索”,研究发现与青春期大脑壳核体积为相关的基因位点同时也是精神分裂症的风险位点。
此前,关于精神分裂症的神经发育障碍假说认为,大脑在青春期及成年早期进行神经突触修剪等过程中,遗传和环境共同造成的神经系统缺陷暴露,导致成年后精神症状致病风险增高。复旦大学的此项研究证明,青春期大脑壳核体积异常和精神分裂症致病风险高度相关。该发现有望帮助科学家揭示精神分裂症发病机制,为临床症状出现之前的超前干预研究提供新思路。
北京时间1月17日凌晨,该课题组将这一成果发表于精神分裂症高级杂志《美国医学会杂志·精神病学卷》(jama psychiatry)。
精神疾病防治是当今世界各国面临的共同难题。据报道,在中国精神疾病已经超过心脑血管疾病和恶性肿瘤,成为医疗体系的大负担。但全球范围内,针对精神疾病发病机制的研究进展缓慢。此前,有研究积累了全世界范围内2万多例脑影像和基因数据,也未能找到任何与大脑结构关联的精神疾病风险基因位点。
“研究难点主要在于大脑在不同年龄受不同遗传信息影响,此前的研究未严格控制这一混杂因素,导致重要的遗传信号被淹没。”研究团队主要成员、复旦大学类脑智能科学与技术研究院青年副研究员罗强介绍。课题组围绕这一研究关键点,经过三年的集中攻关,选取了14岁健康青少年脑结构影像数据,同时突破了传统的解剖学脑区划分限制,在全脑全基因组范围内开展无偏的探索性研究,首次找到了青少年大脑结构与基因位点之间为显着的关联关系。
研究面临的另一个难题是,课题组运用的全脑体素-全基因组关联分析方法使相关计算量激增至此前的四万倍,对计算能力提出了很大的挑战。针对这一难题,团队通过算法改进,将计算效率提高了上万倍,在不到一百个小时内完成了1600万次关联分析。对这一研究方法,剑桥大学教授,英国皇家医学院院士、着名精神病学专家barbara sahakian评论到,“在如此超大规模的空间内检测信号非常困难,该团队不仅找到了显着信号,并且通过多个独立数据集严格验证了这一结果,充分证明这是一项严谨可靠的重要发现”。
“此项研究的突破主要基于对来自全球范围的多中心影像遗传学数据进行计算分析,这些全维度标准化大数据的获取,得益于多年来我们在全世界范围内深入开展的国际合作研究。”该团队负责人冯建峰教授指出。2015年开始,由冯建峰教授领衔的复旦大学类脑智能科学与技术研究院与英国biobank、美国hcp、 adni、 abcd等世界上大规模脑数据研究机构开展合作,致力于整合构建世界上大的多模态多尺度脑科学数据库,在此基础上,以计算神经科学为桥梁,利用与发展模式识别、深度算法等类脑智能方法,开展大脑机制、脑疾病致病机理解析等相关领域的研究。2017年,该研究院与伦敦国王学院成立了复旦大学-伦敦国王学院群体神经科学联合研究中心,2018年,与剑桥大学、牛津大学成立跨学科研究团队,致力于开展计算神经科学与类脑智能前沿研究。
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人民日报缅怀于敏:一辈子把自己的名字看得很淡
图为于敏当年在查阅计算数据。 侯艺兵摄(影像中国)
2019年1月16日,“两弹一星功勋奖章”得主、国家高科学技术奖获得者、改革先锋奖章获得者于敏去世,享年93岁。
于敏后一次在公众前露面还是在2015年1月9日。那天,习近平总书记在人民大会堂为他亲自颁发了2014年度国家高科学技术奖。
而这样的抛头露面,于敏也就经历过两次。上一次是1999年,在“表彰为研制‘两弹一星’作出突出贡献的科技专家大会”上,他被授予了“两弹一星功勋奖章”,并代表23位获奖科学家发言。
他并不习惯这样的大场合,因为此前的几十年里,他一直都是隐姓埋名。
一藏就是30年
其实,于敏自己也没想到这辈子会与氢弹结缘,没想到个人与国家的命运绑得这么紧。他原本以为会在钟爱的原子核理论研究道路上一直走下去。然而,一次与时任二机部副部长钱三强的秘密谈话,让他的人生改变了轨道。
1961年1月的一天,于敏应邀,冒雪来到钱三强的办公室。一见到于敏,钱三强就直言不讳地对他说:“经所里研究,请报上面批准,决定让你参加热核武器原理的预先研究,你看怎样?”
从钱三强极其严肃的神情里,于敏立即明白,祖国正在全力研制颗原子弹,氢弹的理论也要尽快进行。
接受任务后,于敏便转入了一个新的领域,从此开始了隐姓埋名的生活,一藏就是30年。
30个月的奋战
氢弹理论的探究是一个全新的领域。当时的核大国对氢弹的研究是保密的,要想从报纸或者杂志上找到关于氢弹一星半点资料完全不可能。因此,要在短期内实现氢弹研制理论上的突破,绝不是一件轻而易举的事。
为了尽快研制出中国自己的氢弹,于敏和同事们知难而进,废寝忘食,昼夜奋战。然而,有好长一段时间,他们始终找不到氢弹原理的突破口。
转折发生在1965年。
那年9月,一场创造历史的上海“百日会战”终打破僵局。在这次持续3个多月的艰难科研攻关中,于敏带领同事们发现了实现氢弹自持热核燃烧的关键,找到了突破氢弹的技术途径,形成了从原理、材料到构型完整的氢弹物理设计方案。
5个多月后,中国颗氢弹试验圆满成功。
当年,从基础研究转向氢弹研究工作,曾有不少人替于敏感到惋惜。
而于敏自己却从未后悔。童年亡国奴的屈辱生活给他留下了惨痛的记忆。他说,中华民族不欺负旁人,也不能受旁人欺负,核武器是一种保障手段,这种民族情感是我的精神动力。一个人的名字,早晚是要消失的,留取丹心照汗青,能把自己微薄的力量融进强国的事业之中,也就足以欣慰了。
回答问题有“三不”
于敏在科研中有一项特殊的本领,就是善于抓住物理本质来判断物理现象发展的结果,被简称为“粗估”。与他共事多年的何祚庥院士称:“于敏的这种粗估方法是理论研究的灵魂。”
一次,一位法国物理学家在北京作学术报告。当时于敏只有32岁。这位专家刚把实验的准备、装置及过程介绍完,于敏便对坐在他旁边的何祚庥说出了这个过程的分支比大约是多少,边说边在左手心上写着这个数字。
“这是一个较为稀有的核反应过程,你怎么知道的?”何祚庥反问道。
“先听下去。”于敏摆手制止他追问。
后,法国专家公布了他的实验结果,果然不出于敏所料。
“这个问题的实质并不复杂……掌握住这一方法就能估出它的数量级来。”于敏说的方法确实并不复杂,但要真正自如地掌握并运用并不容易。物理学家的水平高低常表现在对一些基本理论、方法、技巧的掌握上。而这正是于敏有很高造诣之所在。
在单位,大家都知道,向于敏请教有“三不”:一是不论时间、场合,随时随地可以提问题;二是不论范围,物理、力学乃至其他相关学科都可以问;三是不论问题大小难易,一样耐心解答。
许多同事们都有这样的感觉,于敏总是将自己的知识、方法、诀窍乃至重要的想法和盘托出,毫无保留地告诉大家。