一套基于人类连接组计划（HCP）皮层图谱的皮层下区域多模态扩展图谱
人类连接计划多模态分割图谱（HCP-MMP）此前提供了非常有效的人类大脑皮层脑区的分割（Glasser et al.2016a,b）。这项图谱基于四个模态的图像资讯共同建构而成：结构（包括T1加权以及T2加权的髓磷脂和皮层厚度），静息态功能磁共振连接，任务激活结果。HCP-MMP的1.0版本基于210个被试的3T的磁共振结构图像，提供了每个半脑180个皮层分区总计360个分区，并定义了许多令研究者们感兴趣的区域，例如颞顶叶皮质区和枕叶区及其更为精细的子分区。
有鉴于HCP-MMP1在皮层结构上的精细定位及其在促进今后大脑结构和功能相关研究的应用价值。2021年11月，华东师范大学心理与认知科学学院副教授黄楚中博士、英国牛津计算神经科学中心、英国华威大学计算机科学系Edmund T.Rolls教授在解剖学与形态学及神经科学领域重要期刊《Brain Structure & Function》上发表了题为 “An extended Human Connectome Project multimodal parcellation atlas of the human cortex and subcortical areas”的论文。该项工作基于人类连接计划多模态分割图谱（HCP-MMP）进行了拓展，并且将新的发现与传统解剖学意义上的脑区进行联系，从而开发出了HCPex图谱，此图谱的特色有以下四点：
1、MRI volumetric 模式，可以加强其应用于各类软件，例如SPM，FSL，Free-Surfer，MRIcroGL, 和其他仍以体素为基础的神经科学研究。
2、66个皮层下区域（左右半脑各33区）：包含杏仁核、22个丘脑核团、壳核、尾状核、伏隔核、苍白球（内外侧）、黑质（质密部/网状部）、腹侧背盖区、乳头状体、中隔内核以及麦纳尔底核（nucleus basalis of Meynert）。
3、根据基础皮层系统定义，重新编排了脑区，同时提供了与原版HCP-MMP脑区排序的转换功能
4、脑部的冠状视角标识，使得图谱更加可视化
原版HCP-MMP采用多模态表层匹配（MSM）方法，将被试的多模态影像配准到表层，虽然提供了许多精细的皮层定位，但缺乏对于皮层下区域的定义，使得使用者在应用时需要自主融合或选择其他合适的模板搭配。然而，该模板的坐标空间由于缺乏常用标准坐标空间，如与蒙特利尔神经病学研究所模板（Montreal Neurological Institute）的对应，以致于在体积为基础的研究方法上有较大的实践困难。有鉴于此，Mills（2016）和Beauchamp（2021）在这方面做了重要的工作，首次将以皮层表面为基础的坐标系统转换成ICBM 2009cMNI152 volumetric模板上。
在原始的HCP-MMP1中，每一个区域有自身的区域代码，各个区域根据位置的接近性以及功能的相似性而进行分组，但这样的分组缺乏传统解剖学支持并容易造成理解上的困难。因此在HCPex中，参考亚利桑那大学的Dianne Patterson博士重新定义的皮层分区，将原始HCP-MMP1中的180个区域（每个半脑）根据神经解剖学定义重新排序，进一步形成22个主要的主要皮层分区（图1）。
图1 以体素为基础的皮层分区冠状位切面呈现
此外，HCPex在原有HCP-MMP的皮层区域的基础上，增加了总计66个新的皮下区域（每个半球有33个），其中包括丘脑核，壳核，尾状核，伏隔核，内/外侧苍白球，杏仁核，黑质质密部/网状部，腹侧被盖区，乳头体，乳头状体、中隔内核以及麦纳尔底核（nucleus basalis of Meynert）。这些区域在标准坐标空间上的定义不仅对于常见的脑认知功能和神经精神疾病等相关应用和研究十分重要，也有益于未来新增其他感兴趣的区域的图谱扩增工作(图2)。
图2 皮层下结构的细致分区展示
另外值得一提的是，本工作首次以冠状位切面呈现了HCP-MMP1的皮层定义以及HCPex在皮层下新增核团的空间定义，有益于神经科学研究者对于复杂模板定义的清晰了解。从图中可见，一些脑结构可以非常精细地显示以外，所有区域的定义都是严格紧贴灰质结构的，为未来更精细的脑功能研究提供更准确的定位标示。
此外，HCPex已在多种常见的脑图像处理软件中进行了测试，例如SPM，FSL，MRIcroGL，FreeSurfer而且也对AAL3软件进行了兼容。为了方便不同类型的研究，HCPex提供了两种分辨率，分别为1x1x1 mm以及2x2x2mm，包含一个剥离颅骨ICBM 2009c不对称T1模板以供标准化和可视化。使用者需要注意的是，在低分辩率的fMRI中进行非线性标准化后，每立方毫米小于10个体素的区域可能会遗失；同时，原始的皮层及皮下分区是基于年轻人的脑影像，在进行年龄相关的研究时需要注意这一点。
HCPex的不同版本的软件，代码以及用户指南都可以通过作者的网址s https://www.oxcns.org 或 https://github. com/wayalan/HCPex获得。
这项研究得到了C-P.Lin教授的资助，其中包括与E.T.Rolls教授的研究。这项研究也得到了以下授予冯建峰教授的资助的支持：中国国家重点研发计划（编号：2019YFA0709502）；111项目（编号B18015）；上海市科技重大项目（编号：2018SHZDZX01）、ZJLab和上海脑科学与类脑研究中心；国家重点研发项目（编号：2018YFC1312904）。资助机构没有参与这项研究设计。
论文信息（通讯作者#，共同一作*）：
Chu-Chung, Huang. #*, Edmund T. Rolls. #*, Jianfeng, Feng. Ching-Po, Lin. An extended Human Connectome Project multimodal parcellation atlas of the human cortex and subcortical areas. Brain Structure and Function (2021).doi:10.1007/s00429-021-02421-6。
图文：黄楚中、张一鸣