曹淼：好奇心驅動腦科學研究

干思思

曹淼

人腦是自然界中最復雜的系統之一。據統計，一個成年人的大腦中約有10個神經元細胞，這些數量巨大的神經元細胞通過大約10個突觸互相連接，形成了一個高度復雜的腦網絡。近期，國際上將人腦網絡的構建及其拓撲描述成為“人腦連接組學”。傳統生物學等對人腦的局部重要部位神經回路信號傳遞及其化學基礎已了解得比較清楚了，但從全腦網絡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機制及其隨發育、老化、疾病的變化，至今仍是科學家們面臨的重大挑戰。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。

神經影像學通過影像學方法以圖像的方式來揭示腦的解剖結構與功能，是腦科學領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研究院的青年研究員、副教授曹淼長期致力于基于神經影像學的人腦發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育，孤獨癥、注意缺陷多動障礙等發育障礙，以及語言認知發展的神經機制，曹淼發表了一系列重要成果。

好奇心驅使：進入人腦發育研究

認知神經科學是一個交叉性非常強的專業，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背景的人。多元交叉的學術氛圍激發著大伙兒的科研靈感。

曹淼是數學與應用數學專業出身，2006年到2010年，她在廈門大學讀書。畢業前，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——認知神經科學教授賀永，接觸中，對人腦研究產生了興趣。

“賀老師是一個方向性很好的人，他從我的科研基礎和興趣出發，幫助我選擇了人腦發育方向。”在曹淼眼里，人腦發育是一個非常有意思的研究方向。“在0到18歲這個階段，人不管在外表，還是認知行為上都在經歷了一個非常劇烈的發展過程。那么人腦是怎樣變化的？有何規律？能不能像人的體重、身高那樣，建立一個關于大腦變化的常模？當人腦發育偏離正常軌跡時會發生什么？”后來，隨著研究深入，曹淼逐漸不滿足于只研究正常發育的人腦，出于對提升國民素質的實際需求，她以廣受關注的孤獨癥兒童異常的人腦發育研究入手，展開對異常發育人腦的研究。

在博士求學階段，曹淼陸續發表了一系列的工作。2014年，在基于圖論的網絡分析方法研究全腦功能網絡的畢生變化軌跡時，曹淼和團隊成員發現生命周期內人腦功能連接組拓撲組織模式有顯著改變，但是一些常規的組織模式隨時間趨向于穩定。這些結果可能有助于理解基于神經環路變化而引起的生命周期內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威期刊《發展認知神經科學》（

Developmental Cognitive Neuroscience

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

Molecular Neurobiology

）上的另一篇論文被選為封面文章。進一步關注人類早期發育階段，曹淼等使用單純早產兒數據庫中的腦影像數據，系統地探究了嬰兒全腦功能網絡拓撲屬性的早期發育模式。研究成果相繼發表在神經科學領域權威期刊《大腦皮層》（

Cerebral Cortex

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

Trends in Neuroscience

）和《大腦皮層》（

Cerebral Cortex

）等期刊發表論文多篇，論文被多家國際權威期刊多次引用。基于突出的成績，曹淼榮獲2017年北京師范大學認知神經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展的基礎。在醫學、教育、信息等重要領域中，尤其是事關人類生命健康的抑郁癥、孤獨癥、帕金森氏綜合征等神經性和精神性疾病，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，上海市批復設立“腦與類腦智能基礎轉化應用研究”市級重大專項。如今，經過4年發展，項目已有100多家國內外高校、科研機構、企業及醫院等合作單位參與，集聚了包括計算科學、神經科學、信息科學、臨床醫學等多領域近1200位科學家和研發團隊，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、自由而多元的學術氛圍，給了曹淼施展學術抱負的廣闊空間。2019年，基于前期研究積累的豐富經驗，曹淼接連申請獲批上海市科學技術委員會上海市自然科學基金項目“基于多模態腦影像數據的孤獨癥兒童腦網絡早期異常發育研究”、國家自然科學基金項目“基于多模態磁共振影像的嬰幼兒腦功能模塊化發育模式研究”。因為在孤獨癥方面的研究經驗，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育障礙的代表性疾病，其主要表現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，是重大的公共衛生問題。在早期階段識別孤獨癥兒童的腦發育異常模式不僅對于理解疾病的神經生物學基礎十分重要，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、認知行為測查等數據，為揭示孤獨癥人群早期腦異常發育模式、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發表。

此外，人腦的語言認知發展也是曹淼新的研究重點。語言認知的發展是大腦發育過程中極為顯著且關鍵的一部分，曹淼以中文認知的神經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絡發育規律，工作發表在《神經科學通報》（

Neuroscience Bulletin

）和《發展認知神經科學》（

Developmental Cognitive Neuroscience

）等期刊。以此為基礎，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競技真人秀《未來新世界》開播，在第2期節目《腦力躍遷》中，節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。節目中，曹淼和她的同事們向觀眾展示了通過腦影像技術對嘉賓腦齡、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對大腦奧秘的揭示。

未來，曹淼希望基于研究院的優勢平臺，協助張江國際腦庫逐步完善，將健康兒童發育、異常兒童發育和語言認知發展3個問題結合在一起，進一步推動相關研究發展。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。