人的大脑里拥有大约860亿个神经细胞,数量约等于银河系中的恒星数,这些神经元又构成约100万亿个连接点,首尾相接总长度超过18万公里,它们汇聚在一手可握的体积内,研究的复杂程度不亚于探索星辰大海,可以说,对于大脑,依旧是人类认知的“黑洞”。
在成都,在电子科技大学,就有这样一群科学家,正与古巴乃至全球的科学家携手,向人类大脑这个“终极疆域”,发起探索。
2024年12月,电子科技大学生命科学与技术学院内所有人都十分激动——由电子科技大学牵头建设的中国—古巴神经技术与脑器交互“一带一路”联合实验室(以下简称“联合实验室”)正式获得科技部批复!这背后,全程参与申报的小组成员已为此准备了两年之久。
联合实验室的批复,意味着它不仅将成为中方与古巴、拉美开展国际科技合作的桥梁,还将进一步带动“一带一路”沿线国家科技发展,这对所有参与其中的科学家们来说,意义十分重大。
联合实验室以神经技术、脑器交互和类脑智能为研究方向,主要通过大数据、人工智能、类脑智能(含数字孪生脑模型)、脑电、磁共振等电、磁、光、声检测与干预技术,结合基础神经科学技术与手段进行研究,并推出相关系统与装备,将着力解决当今人类面临的两大神经系统疾病问题:一是伴随老龄化的大脑病理性老化;二是全球面临的重大神经精神疾病问题。
来自全球多个国家的科学家们,正齐心协力,朝着这些科学高峰持续向上攀登,拓展人类健康的边域。
01 中、古共建“探脑”奥秘,打造一个服务于世界的实验室
电子科技大学生命科学与技术学院副院长罗程全程参与了联合实验室的申报与建设。在他看来,基于双方的优势、基础以及需求,这是一个“水到渠成”的过程。
“早在2022年,中国、古巴两国就达成了加强生物技术合作的共识,而在更早之前,电子科技大学就与古巴在开展脑科学研究领域开展了大量的合作,双方的基础研究工作十分扎实且富有成效。”联合实验室副主任、电子科技大学生命科学与技术学院副院长罗程教授特别提到,联合实验室的筹备、申报过程中,得到了两国、四川省、成都市的大力支持,“起初由于缺乏申报经验,大家都是‘摸着石头过河’。在筹备的2年时间内,团队还多次前往古巴开展交流,在语言、气候和饮食等方面都面临着不小的挑战,好在功夫不负有心人。”
一切的等待与努力都是值得的。
“我们的梦想,是在这里和古巴同步建设一个联合实验室,一个中、古共建,但服务于世界的实验室。”作为联合实验室的重要成员之一,古巴脑科学家、电子科技大学教授裴德乐如是说道。
2025年,已是裴德乐来电子科技大学全职工作的第10个年头。这些年来,裴德乐和他的科研团队在“一带一路”倡议之下,不断为人类命运共同体的建设贡献着自己的力量。
# WeBrain
“2015年,电子科技大学与古巴神经科学中心共建了中国-古巴神经科技转化前沿研究联合实验室,联合开展脑科学前沿技术研究。我带着使命而来:理解大脑及其疾病机制,并让这些成果惠及全人类。”
强强联合,十年磨一剑。双方团队已在开发脑电活动图谱、合作开发低成本药物等方面开展了大量工作。
一直以来,裴德乐深知全球科学研究合作的重要性。为此,他与电子科技大学尧德中教授发起中国-古巴-加拿大(CCC)脑合作计划,创建了全球数据共享平台 “WeBrain”,其核心就是建立一个云信息平台,共享数据资源、计算资源以及工具资源,让尽可能多的人能方便快捷地使用这些工具和数据,从而推动这门科学的全球化。目前,已吸引了世界上20个国家与地区参与。
在此基础上,联合实验室的建立将进一步汇聚更广泛的资源。“在‘一带一路’倡议的引导下,人类命运共同体正在加速形成。”作为一名科学家,裴德乐始终坚信“合作共赢”所带来的力量。
“当下,全球脑部疾病患者不断增多,但诊断与治疗的成本一直高居不下,
我们倡导‘全民脑健康’,关注所有经济水平人群的脑健康。科学家的发展以及职业生涯的发展不应该是为了个人而努力,而是要把自己与人类命运和健康相关联。”
而在众多神经科技中,人类脑电以其无创性和生态性而居于研究的重要地位,且其成本价位在广大的“一带一路”沿线国家中也具有很好的惠及性。随着联合实验室的建立,中国与古巴在脑科学领域的创新合作将更加紧密,也将促进多方科研力量朝着守护人类脑健康的目标加速前进。
02 当脑电波成破译密码,为头“脑”风暴精准“拍片”
试想一下,如果有一种仪器,通过扫描大脑,对脑电信号等大脑数据进行实时分析,就能在早期诊断或是预防阿尔茨海默病、治疗抑郁症、调控睡眠……这将是在人类脑健康领域迈出的重要一步。联合实验室正希望借助国际科技合作,让这样的科幻场景照进现实。
“联合实验室主要聚焦于脑功能监测与调控的设备、系统研发以及相关科研成果的转化。”罗程介绍,除了持续在脑器交互领域开展理论研究,联合实验室还要拿出对脑老化等脑部疾病系统的诊断治疗方案或设备。“通过运用大数据、人工智能等技术,研发数字孪生脑模型,并结合脑电、磁共振等检测与干预技术,以及基础神经科学技术与手段,来推动相关系统与装备的创新。”
可喜的是,相关成果已在成都市第四人民医院(以下简称“四医院”)、成都市第五人民医院、四川省人民医院开展临床试验。
走进成都市第四人民医院治疗室,一位患者正戴着布满脑电信号监测装置的“头套”进行治疗,旁边的电脑屏幕上跳动着“情绪信号”……据介绍,这是一次闭环精准调控治疗的临床试验,通过“头套”搜集脑电信号与数据判断大脑状态,进而开展精准的经颅磁刺激技术(TMS)治疗,目前正在脑老化、抑郁情绪调控上进行临床试验研究。
这个“头套”正是联合实验室的阶段性科研成果。结合目前临床试验结果,四医院老年综合诊疗中心科研主任汪子琪发现,在早期阿尔茨海默病患者以及轻度认知障碍患者中,开展治疗后,部分患者的总体认知功能以及抑郁情绪得到了有效改善。
“我们还希望通过研究,寻找新的有效神经调控靶点,以便在治疗上更加精准和个体化。”
四医院情绪障碍中心主任王飞燕也将这项新成果纳入团队攻关的快速抗抑郁疗法系统中,“有了更加精准的监测设备,我们希望将过去4-6周的抗抑郁治疗疗程缩短到1-2周。”
除了针对脑部疾病的诊断治疗外,联合实验室还研发了多个脑电相关采集设备和系列的穿戴式功能产品。
如睡眠监测额贴,快速粘贴佩戴后,可以实现整晚的睡眠信号监测,“进行传统的PSG(多导睡眠监测)时,患者需要在医院连接多根导线进行监测,整个过程持续一整晚。
而睡眠监测额贴保留了脑电、眼动、鼾声、血氧、心率等重要监测项目,也为患者在家快速实现睡眠疾病的初筛提供了可能。”四医院睡眠医学中心主任王瑜介绍,医院团队正与联合实验室紧密联系,未来也希望在睡眠调控方面取得成效,“比如,实验室的睡眠舱产品,可以通过监测脑电信号,处理后改变光调控和声音调控参数进行闭环干预,实现加速入睡。”
通过“医工结合”,联合实验室的成果正在“加速”走向临床应用。
03 留下来的裴德乐,走出去的“脑”成果
依托电子科技大学在教育、科技、人才方面的协同融合,也得益于学校在学科交叉领域的优势,眼下,联合实验室已经成为中国脑科学领域开展国际合作的聚集地,研究领域也从脑成像、云平台扩展到了音乐脑科学等更广泛的领域,并肩负着人才培养的重任。
电子科技大学生命科学与技术学院依托联合实验室,目前已经聚集的全职在华工作的非华裔外籍专家超过8人,已培养中国青年教师10余位。罗程介绍,“近年来,学院招收了来自古巴、巴基斯坦、喀麦隆等国家的国际留学生、博士后共50余位。”
跨越山海,联合实验室正汇聚全球科学家力量,为人类健康“探脑”。
“我们将依托电子科技大学在电子信息科学、脑科学方面的长期积累和古巴方面在神经科学及医疗医药方面的优势,聚焦脑-信息交叉领域,发展脑器交互理论及其关键技术,建立‘一带一路’云脑科学研究中心和成立国际神经科学联盟组织,研发高性能、低成本脑健康产品,切实践行‘人类命运共同体’理念。”罗程表示,相关的科研成果和产品,有望借助联合实验室的平台推广到古巴等全球各个国家、服务于人类生命健康。
“大脑电活动将为我们提供更多低成本诊断的可能,甚至不仅能诊断,还能干预治疗脑部疾病。”裴德乐直言,这就是联合实验室正在做的事情。
# WeBrain:“古巴与中国在脑癌和肺脑癌疫苗上的合作,已惠及全球数十万患者,我们希望在神经科学领域实现类似的突破。”
就在第二届“一带一路”科技交流大会举行期间,电子科技大学也承办了其中的脑科学前沿技术研讨与产业发展圆桌会议。
“‘一带一路’科技交流大会是推动全球合作的重要平台。”裴德乐曾参加过第一届“一带一路”科技交流大会,此次第二届大会在成都举行,他认为成都的科技创新充满活力,这里是中国科学的 “沸点” 之一,“成都不仅具有科研实力,还能将科学、技术与健康应用相结合,且拥有宜居的生活方式,随着成都从科研到应用的链条愈加完善,相信会有越来越多的全球科学家加入进来,世界已为此做好准备。”
如今75岁的裴德乐表示,他将继续留在成都。“在这里,我感到自己能够发挥出作用,推动科学、技术与健康应用的融合。我也非常喜爱这里的美食与文化,与来自中国、古巴、欧洲、非洲等全球各地的学生合作也是一件美好的事情,当我们发现新现象或有用的成果时,这种探索中解密的体验,无比充实。”
而在几个月后,按照计划,罗程也将带领团队飞赴古巴,进一步推进联合实验室开展相关科学合作。
联合实验室如同一座桥梁,连接起了中国与古巴在脑科学研究上的智慧与资源,使得双方能够共同面对挑战,探索未知。这一过程中,随之而取得的创新成果,也将为全球脑部疾病患者带来福音。