伦敦大学学院 2025年11月5日
伦敦大学学院(UCL)研究人员开发了一种新型人工智能辅助大脑图谱，该图谱能够以前所未有的细节水平可视化人类大脑结构，这是神经科学和神经影像学领域的一大进步。
人类大脑由数百个相互连接的区域组成，这些区域驱动着我们的思想、情绪和行为。现有的大脑图谱能够识别磁共振成像(MRI)扫描中的主要结构——例如支持记忆和学习的海马体——但其更精细的亚区域仍然难以检测。这些区别非常重要，因为像海马体等区域的亚区域在阿尔茨海默病进展过程中会受到不同的影响。
使用显微镜(组织学)可以在细胞水平上检查大脑，但无法在活体个体上进行，这限制了其在理解人类大脑在发育、衰老和疾病过程中如何变化方面的潜力。
这项发表在《自然》杂志上的新研究介绍了"NextBrain"，这是一种完整的成人人类大脑图谱，可用于在几分钟内分析活体患者的磁共振成像扫描，并达到前所未有的细节水平。
这一免费提供的图谱的创建者希望它最终能帮助加速脑科学发现，并将其转化为对阿尔茨海默病等疾病的更好诊断和治疗。
人工智能辅助大脑图谱的开发过程
该图谱的构建耗费了研究团队六年时间，通过一个极其精细的过程，类似于完成拼图——尽管这个"拼图"是使用来自五个人类大脑的尸检组织制作的。
每个大脑都被极其精细地解剖并切成约10,000片，染色以帮助识别大脑结构，在显微镜下拍照，然后重新组装成3D数字模型。在开始此过程之前，研究团队对大脑进行了磁共振成像扫描，以便他们知道如何将其重新组装，这与拼图盒正面的图片功能类似。
人工智能被用来帮助对齐显微镜图像和磁共振成像扫描，考虑到两种技术之间的差异，并确保这些碎片不会重叠或之间有间隙。
随后，在五个大脑各自的数字3D模型上标记了总共333个大脑区域，这一过程因人工智能而大大加速。研究人员表示，如果手动完成，将需要数十年时间。
"NextBrain是多年来努力弥合显微镜成像和磁共振成像之间差距的成果。通过将高分辨率组织数据与先进的AI技术相结合，我们创建了一种工具，使研究人员能够以以前无法达到的细节水平分析脑部扫描。这为研究神经退行性疾病和衰老开辟了新的可能性。"
伦敦大学学院医学物理与生物医学工程系及麻省总医院/哈佛医学院的该研究高级作者胡安·欧亨尼奥·伊格莱西亚斯博士
最终的图谱是五个大脑模型的"平均"，适用于所有成年人类——这意味着它可以用来自动从活体或已故受试者的磁共振成像扫描中推断细节。
数千次扫描验证大脑图谱的准确性
NextBrain已在数千个磁共振成像数据集上成功测试，证明了其在各种成像条件和扫描仪类型下可靠识别大脑区域的能力。
在一项实验中，研究团队使用该图谱在公开可用的超高分辨率磁共振成像扫描中自动标记大脑区域，这些标记与手动标记的区域非常吻合，即使是海马体等小区域的亚区域也是如此。
在另一项实验中，研究人员将NextBrain应用于3,000多名活体个体的磁共振成像扫描，以研究与年龄相关的大脑体积变化。该图谱实现了比现有工具更详细的老化模式分析。
伦敦大学学院女王广场神经病学研究所和女王广场神经系统疾病脑库的研究作者扎恩·乔努穆克塔内博士表示："我们构建这一图谱的目标是使研究人员能够在活体患者中快速、一致地识别数百个大脑区域，同时保持显微镜数据的精细解剖学准确性。NextBrain中的解剖学细节水平令人瞩目，其公开可用性意味着全球研究人员可以立即从中受益。"
"NextBrain提供了无与伦比的大脑细胞结构图谱。图谱中构建的基础现在使得对活体个体脑部图像的快速、准确和可访问分析成为可能，为在症状出现前很久就能检测到阿尔茨海默病等神经疾病的最早迹象打开了大门，并提高了我们理解、监测并最终预防这些毁灭性疾病的能力。"
NextBrain使用的所有基础数据、工具和注释都已通过FreeSurfer神经影像平台公开发布，同时提供了可视化工具和教育资源。
该研究得到了欧洲研究理事会、阿尔茨海默病协会、伦德贝克基金会和美国国立卫生研究院的支持。
来源：
伦敦大学学院
期刊参考文献：
Casamitjana, A., 等人 (2025). 用于磁共振成像分割的人类大脑概率组织学图谱。《自然》。
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