【ZiDongHua 之自動化學(xué)院派收錄關(guān)鍵詞：人工智能 可穿戴設(shè)備 腦科學(xué) 】
　　
 
　　Cell Reports Medicine：人工智能破解毒癮，天橋腦科學(xué)研究院研究員袁逖飛基于個體化腦連接組學(xué)構(gòu)建神經(jīng)生物標(biāo)志物
 
　　
　　毒品問題是健康中國與和諧社會持續(xù)面臨的重大挑戰(zhàn)。我國目前最主要的毒品為甲基苯丙胺（俗稱：冰毒），吸食后導(dǎo)致極強的精神行為紊亂，可誘發(fā)幻覺、沖動行為、乃至暴力犯罪，給個人生命健康、家庭經(jīng)濟和社會安定都帶來了巨大危害。吸毒是一種長期存在的”頑疾“，其根本原因在于”毒癮“是一種異常強大、但表現(xiàn)于主觀層面的精神心理活動，難以客觀評估、動態(tài)捕捉與實時治療。
 
　　
　　近期，天橋腦科學(xué)研究院（Tiaoqiao and Chirssy Chen Institute，TCCI）研究員、國家精神疾病醫(yī)學(xué)中心（上海市精神衛(wèi)生中心）研究員袁逖飛團隊，通過構(gòu)建個體化人腦連接組（brain functional connectivity networks，F(xiàn)CNs），使用人工智能（AI）技術(shù)揭示了冰毒成癮者毒癮的神經(jīng)生物學(xué)機制，發(fā)明了一種能夠快速“讀腦”、鑒定吸毒者，并計算個體化毒癮嚴(yán)重程度的實用技術(shù)。
　　
　　相關(guān)研究成果于2024年1月16日以“An electroencephalographic signature predicts craving for methamphetamine”為題發(fā)表在Cell Press細(xì)胞出版社旗下期刊Cell Reports Medicine（IF = 14.3）上。
　　
　　
　　
　　研究人員首先利用高密度的頭皮腦電圖（high-density EEG）技術(shù)，通過自動化信號處理及優(yōu)化算法，對465個神經(jīng)環(huán)路個體化計算其連接強度和神經(jīng)振蕩模式?；趥€體的功能連接組學(xué)，可以有效區(qū)分健康對照組人群和成癮人群，并鑒定了成癮大腦中一些具有特異性的神經(jīng)振蕩異常（如左島葉-右眶額葉的delta振蕩、左額中回后部-內(nèi)側(cè)前額葉皮層的beta振蕩、右緣上回-后扣帶皮層的beta振蕩）。
　　
　　這些發(fā)現(xiàn)，有力的彌補了現(xiàn)有成癮影像學(xué)研究中神經(jīng)振蕩數(shù)據(jù)的缺失，也為理解成癮者腦網(wǎng)絡(luò)異常提供了新模態(tài)的實踐證據(jù)。基于上述關(guān)鍵異常環(huán)路及功能網(wǎng)絡(luò)分析，研究者構(gòu)建了基于機器學(xué)習(xí)技術(shù)的計算模型，并通過獨立數(shù)據(jù)集證實了其對于個體化毒癮的識別和預(yù)測有效性。該模型在北京、江蘇、湖北等省市的人群中都實現(xiàn)了有效驗證。
　　
　　
　　
　　該研究不僅為臨床成癮者提供了重要的診斷策略，也為基于個體化腦環(huán)路神經(jīng)振蕩異常的精準(zhǔn)腦刺激干預(yù)提供了新的思路。一方面，戒毒康復(fù)機構(gòu)能夠采用相應(yīng)技術(shù)，為成癮康復(fù)全程提供動態(tài)評估追蹤和分級管理，并納入管理模式作為參考指標(biāo)；另一方面，個體化腦連接組學(xué)的異常不僅是個體化精準(zhǔn)腦刺激干預(yù)的重要理論依據(jù)，也可以作為定制化的藥物治療、心理干預(yù)或運動康復(fù)計劃的直接參考。在下一步研究計劃中，研究人員將實現(xiàn)可穿戴、便攜式的腦電采集設(shè)備設(shè)計，有望為戒毒康復(fù)人員實現(xiàn)實時反饋的毒癮評估，并用于無創(chuàng)腦刺激技術(shù)及數(shù)字化療法的反饋。
　　
　　天橋腦科學(xué)研究院（Tiaoqiao and Chirssy Chen Institute，TCCI）研究員、國家精神疾病醫(yī)學(xué)中心（上海市精神衛(wèi)生中心）研究員袁逖飛和斯坦福大學(xué)精神病學(xué)和行為科學(xué)系吳畏為共同通訊作者，田維文、趙迪為共同第一作者。
　　
　　作者專訪
　　
　　您的團隊為何開展本研究？
　　
　　袁逖飛教授、吳畏研究員：毒品成癮（物質(zhì)使用障礙）是一種慢性腦疾病。我國現(xiàn)有毒品成癮者超過1300萬人，目前鮮有有效的干預(yù)策略；即使戒斷多年已無戒斷癥狀，藥物相關(guān)線索仍可觸發(fā)成癮者極強的毒品心理渴求；且患者存在沖動控制障礙，最終導(dǎo)致80%以上的復(fù)吸率。毒品成癮既涉及重大的科學(xué)問題，又屬于嚴(yán)重的社會問題。因此，揭示成癮機制，發(fā)展有效的干預(yù)手段，可有助于理解異常牢固記憶和沖動控制障礙機制，也為開發(fā)更為有效的成癮干預(yù)策略提供新靶點和科學(xué)數(shù)據(jù)支撐。心理渴求（毒癮）的強度與成癮物質(zhì)復(fù)吸風(fēng)險密切相關(guān)，其客觀評價對于及時干預(yù)、防止復(fù)吸具有重要意義。
　　
　　您認(rèn)為本項工作的亮點和重要發(fā)現(xiàn)是什么？
　　
　　袁逖飛教授、吳畏研究員：既往神經(jīng)影像與行為學(xué)研究未能揭示心理渴求的動態(tài)加工過程及神經(jīng)環(huán)路的異常振蕩。我們的研究發(fā)現(xiàn)了多條神經(jīng)環(huán)路上振異常參與毒癮，為理解成癮行為的內(nèi)在驅(qū)動和維持過程提供了理論支持。該標(biāo)記物也為臨床患者的復(fù)吸風(fēng)險評估、精準(zhǔn)個體化干預(yù)評估提供了重要生理指標(biāo)。
　　
　　基于人工智能AI和高密度EEG技術(shù)的個體化腦連接組學(xué)繪制，為解析精神疾病的腦網(wǎng)絡(luò)異常提供了重要方法，我們較為完善的采用了多種數(shù)據(jù)分析方法與模型，希望在未來的工作中對成癮的神經(jīng)機制作出更為系統(tǒng)的探索。
　　
　　您團隊在該領(lǐng)域有哪些下一步的計劃？
　　
　　袁逖飛教授、吳畏研究員：我們將首先驗證利用低通道、可穿戴設(shè)備進行毒癮實時監(jiān)測的可行性，以實現(xiàn)精準(zhǔn)戒毒康復(fù)；進一步，我們希望利用該計算模型，對現(xiàn)有臨床干預(yù)療法實現(xiàn)有效預(yù)測，以預(yù)判患者戒毒后的療效，避免治療中“走彎路”。
　　
　　此外，我們通過高密度電生理信號的精準(zhǔn)溯源解析了毒癮的功能環(huán)路和具體振蕩模式。該些發(fā)現(xiàn)使得針對成癮者的個體化位點、個體化頻率模式的精準(zhǔn)干預(yù)成為可能。
　　
　　作者介紹
　　
　　通訊作者
　　
　　吳畏
　　
　　現(xiàn)任Alto Neuroscience公司聯(lián)合創(chuàng)始人、首席數(shù)據(jù)科學(xué)官，曾任華南理工大學(xué)自動化科學(xué)與工程學(xué)院教授、斯坦福大學(xué)精神病與行為學(xué)系講師，獲廣東省科學(xué)技術(shù)獎自然科學(xué)一等獎（排名第2），為IEEE生物醫(yī)學(xué)信號處理技術(shù)委員會委員，任IEEE Transactions on Affective Computing、IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics等六份神經(jīng)信息處理期刊編委。
　　
　　通訊作者
　　
　　袁逖飛
　　
　　國家精神疾病醫(yī)學(xué)中心（上海市精神衛(wèi)生中心）腦健康研究院執(zhí)行院長，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬精神衛(wèi)生中心教授、研究員、博士生導(dǎo)師、天橋腦科學(xué)研究院研究員。任司法部戒毒管理局戒毒專家咨詢委員會委員、中國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會青年工作委員會副主任委員、中國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會應(yīng)激神經(jīng)生物學(xué)分會副主任委員兼秘書長、上海市神經(jīng)科學(xué)學(xué)會青年創(chuàng)新工作委員會主任委員。獲國家杰出青年科學(xué)基金等項目資助。
　　
　　本文轉(zhuǎn)載自：上海交大醫(yī)學(xué)院附屬精神衛(wèi)生中心微信公眾號；CellPress細(xì)胞科學(xué)微信公眾號