曹淼：好奇心驱动脑科学研究

干思思

曹淼

人脑是自然界中最复杂的系统之一。据统计，一个成年人的大脑中约有10个神经元细胞，这些数量巨大的神经元细胞通过大约10个突触互相连接，形成了一个高度复杂的脑网络。近期，国际上将人脑网络的构建及其拓扑描述成为“人脑连接组学”。传统生物学等对人脑的局部重要部位神经回路信号传递及其化学基础已了解得比较清楚了，但从全脑网络角度精细刻画诸如学习、记忆、决策、思考和语言等复杂功能的神经机制及其随发育、老化、疾病的变化，至今仍是科学家们面临的重大挑战。如今，在前沿科技的帮助下，揭秘人脑“黑匣子”，挖掘人脑工作的奥秘，这项工作听起来迷人而炫酷，吸引着许多年轻学者投身其中。

神经影像学通过影像学方法以图像的方式来揭示脑的解剖结构与功能，是脑科学领域新兴的重要研究方法。来自复旦大学类脑智能科学与技术研究院的青年研究员、副教授曹淼长期致力于基于神经影像学的人脑发育和人脑连接组学方法学研究。近年来，围绕大脑早期健康发育，孤独症、注意缺陷多动障碍等发育障碍，以及语言认知发展的神经机制，曹淼发表了一系列重要成果。

好奇心驱使：进入人脑发育研究

认知神经科学是一个交叉性非常强的专业，从基因-脑-行为-认知-疾病多角度来阐明认知活动的脑机制，融合心理学、认知科学、计算机学等研究领域。从博士期间到如今的团队，曹淼身边有来自各种各样专业背景的人。多元交叉的学术氛围激发着大伙儿的科研灵感。

曹淼是数学与应用数学专业出身，2006年到2010年，她在厦门大学读书。毕业前，在一次机缘巧合中，曹淼认识了自己在北京师范大学读博期间的导师——认知神经科学教授贺永，接触中，对人脑研究产生了兴趣。

“贺老师是一个方向性很好的人，他从我的科研基础和兴趣出发，帮助我选择了人脑发育方向。”在曹淼眼里，人脑发育是一个非常有意思的研究方向。“在0到18岁这个阶段，人不管在外表，还是认知行为上都在经历了一个非常剧烈的发展过程。那么人脑是怎样变化的？有何规律？能不能像人的体重、身高那样，建立一个关于大脑变化的常模？当人脑发育偏离正常轨迹时会发生什么？”后来，随着研究深入，曹淼逐渐不满足于只研究正常发育的人脑，出于对提升国民素质的实际需求，她以广受关注的孤独症儿童异常的人脑发育研究入手，展开对异常发育人脑的研究。

在博士求学阶段，曹淼陆续发表了一系列的工作。2014年，在基于图论的网络分析方法研究全脑功能网络的毕生变化轨迹时，曹淼和团队成员发现生命周期内人脑功能连接组拓扑组织模式有显著改变，但是一些常规的组织模式随时间趋向于稳定。这些结果可能有助于理解基于神经环路变化而引起的生命周期内认知和行为随年龄的变化。曹淼以第一作者的身份在国际权威期刊《发展认知神经科学》（

Developmental Cognitive Neuroscience

）上发表成果，因为颇具突破性，成果入选基本科学指标数据库（ESI）top1%高被引文章。同年，她以第一作者发表在《分子神经生物学》（

Molecular Neurobiology

）上的另一篇论文被选为封面文章。进一步关注人类早期发育阶段，曹淼等使用单纯早产儿数据库中的脑影像数据，系统地探究了婴儿全脑功能网络拓扑属性的早期发育模式。研究成果相继发表在神经科学领域权威期刊《大脑皮层》（

Cerebral Cortex

）上。2016年博士毕业后，曹淼在北京师范大学系统科学学院从事为期两年的博士后研究，接受复杂系统科学教授王文旭和贺永教授联合指导。在北京师范大学深耕8年，曹淼利用静息态功能磁共振成像研究人脑功能连接网络的正常及异常发育，取得了一系列重要的研究成果。她以第一作者（含共同）在《神经科学前沿》（

Trends in Neuroscience

）和《大脑皮层》（

Cerebral Cortex

）等期刊发表论文多篇，论文被多家国际权威期刊多次引用。基于突出的成绩，曹淼荣获2017年北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室科技新星奖。2018年7月，她圆满结束了自己的博士后研究工作。

立足张江国际脑库：开展孤独症与语言认知研究

脑科学被誉为生命科学的“终极疆域”，同时也是众多前沿科技发展的基础。在医学、教育、信息等重要领域中，尤其是事关人类生命健康的抑郁症、孤独症、帕金森氏综合征等神经性和精神性疾病，亟须脑科学的进步为其提供新的解决方案。为此，在近十年，欧洲及美国、日本、中国相继发布脑科学研究计划，率先布局，展开科技角逐。

在此背景之下，2018年7月，上海市批复设立“脑与类脑智能基础转化应用研究”市级重大专项。如今，经过4年发展，项目已有100多家国内外高校、科研机构、企业及医院等合作单位参与，集聚了包括计算科学、神经科学、信息科学、临床医学等多领域近1200位科学家和研发团队，在算法与应用、脑机制解析、全维度脑库、重大实验平台、脑疾病转化应用等方面均取得了显著进展。

2018年8月，曹淼加入该重大专项实施负责单位——复旦大学类脑智能科学与技术研究院，担任青年研究员和副教授。得天独厚的科研平台、自由而多元的学术氛围，给了曹淼施展学术抱负的广阔空间。2019年，基于前期研究积累的丰富经验，曹淼接连申请获批上海市科学技术委员会上海市自然科学基金项目“基于多模态脑影像数据的孤独症儿童脑网络早期异常发育研究”、国家自然科学基金项目“基于多模态磁共振影像的婴幼儿脑功能模块化发育模式研究”。因为在孤独症方面的研究经验，曹淼还成为全维度脑库——张江国际脑库精神分裂症、抑郁症、孤独症等六大队列中孤独症队列的负责人。

孤独症谱系障碍是广泛性发育障碍的代表性疾病，其主要表现为不同程度的人际交往障碍、兴趣狭窄和行为方式刻板。中国目前孤独症发病率约为0.7%，对患儿及其家庭都造成极其沉重的负担，是重大的公共卫生问题。在早期阶段识别孤独症儿童的脑发育异常模式不仅对于理解疾病的神经生物学基础十分重要，且对于疾病的早期诊断和干预有重要的临床价值。张江国际脑库孤独症队列计划采集3～18岁孤独症人群的脑影像、基因、代谢，以及临床评估、认知行为测查等数据，为揭示孤独症人群早期脑异常发育模式、建立期预警、诊断及治疗评估的生物学标记物提供助力。随着项目接近收尾阶段，曹淼和团队成员基于此队列的研究工作也将陆续发表。

此外，人脑的语言认知发展也是曹淼新的研究重点。语言认知的发展是大脑发育过程中极为显著且关键的一部分，曹淼以中文认知的神经机制特性为研究切入点，探索了人脑在不同语言类型加工上的差异，以及中文阅读的脑网络发育规律，工作发表在《神经科学通报》（

Neuroscience Bulletin

）和《发展认知神经科学》（

Developmental Cognitive Neuroscience

）等期刊。以此为基础，未来她还将进一步探索异常人群的语言加工机制是如何发生改变等系列问题。

2021年年底，中国首档单元剧本式科技挑战竞技真人秀《未来新世界》开播，在第2期节目《脑力跃迁》中，节目组来到复旦大学张江国际脑影像中心，利用这里的磁共振扫描来进行读脑挑战。节目中，曹淼和她的同事们向观众展示了通过脑影像技术对嘉宾脑龄、脑性别，甚至是大脑中所想语义的识别，让人不得不惊叹于脑影像技术对大脑奥秘的揭示。

未来，曹淼希望基于研究院的优势平台，协助张江国际脑库逐步完善，将健康儿童发育、异常儿童发育和语言认知发展3个问题结合在一起，进一步推动相关研究发展。与此同时，壮大自己的小团队，与同行们一道，做出更多有价值的成果。