2021年8月19日晚，受上海科技大学生物医学工程学院 (上科大生医工学院) 创始院长沈定刚教授邀请，美国约翰霍普金斯大学生物医学工程终身教授、生物医学工程系主任 Michael I. Miller 教授做客上科大生医工学院在线学术讲座，通过线上直播为我校师生带来了“分层计算解剖学：统一分子和组织尺度”主题演讲，并为大家介绍了新时代下生物医学工程学科的发展方向 BME 2.0。此次讲座由上科大生医工学院胡鹏教授主持。
讲座中，Miller 教授首先介绍了他通过测量表示统一组织和分子尺度进行大脑映射的相关工作。Miller 教授表示，映射无处不在，它能够帮助我们更好地理解这个世界，最常见的映射就是现在广泛使用的疫情地图。而 Miller 教授的工作则是在大脑上建立一系列基于微分同胚的映射，可以称为 BrainGPS。大脑的 MRI 影像只有约 1mm 的空间分辨率，而病理图像则有 10 μm 的空间分辨率，建立这种不同尺度的映射，即研究多尺度计算病理学，对研究阿尔茨海默病等大脑疾病具有重要意义。
多尺度影像能让我们看到
大脑 (内嗅皮层) 中的阿尔茨海默病病变
Miller 教授还为大家介绍了他和他的团队近期在 CVPR 上发表的相关工作，详细说明了图像映射的原理以及如何建立不同模态 MRI 或者活体影像和组织影像之间的映射。他介绍了计算病理学的概念，并以阿尔茨海默病为例解释了大脑解剖结构的动态发展过程。Miller 教授指出，微分同胚映射并不仅仅是“绑定信息”，它还表示了自身的空间结构，例如脑的生长和萎缩，结合多尺度能够让我们看到阿尔茨海默病具体的蛋白质病变。
同胚映射能够能让我们看到
大脑 (海马体) 中阿尔茨海默病的萎缩过程
在多尺度映射的实现上，Miller 教授展示了计算解剖学中基于由粗到细等级流的汉密尔顿动力学系统，以及如何用这种微分同胚变换测量生物标记物，如空间转录基因组学。这种方法可以精准地进行任意尺度的脑影像映射，包括较粗分辨率的临床影像和极细分辨率的病理学影像，甚至可以应用到原子级别的映射。
基于汉密尔顿动力学的微分同胚映射
可以建立任意尺度的映射关系
在讲座的最后一部分，Miller 教授详细介绍了新时代下生物医学工程学科的发展方向 (BME 2.0)。随着尖端技术的普及与人工智能、机器学习的飞速发展，约翰霍普金斯大学提出了 BME 2.0 的教育理念，开发第二代课程以培养新时代下数据驱动型生物医学工程师，引领21世纪的生物医学时代。BME 2.0 以项目学习为导向重点发展七大研究领域：生物医学数据科学 (Biomedical Data Science)、计算医学 (Computational Medicine)、基因组学与系统生物学 (Genomics and Systems Biology)、成像和医疗设备 (Imaging and Medical Devices)、免疫工程 (Immunoengineering)、神经工程 (Neuroengineering)、转化细胞和组织工程 (Translational Cell and Tissue Engineering)。每个领域都建立在生物医学研究前沿的现代学科重大发现之上，这些重点领域代表了约翰霍普金斯大学生物医学工程系的研究优势。
金字塔结构的 BME 2.0 课程
BME 2.0 在学生培养上遵循金字塔结构。一年级与二年级学生首先会接受扎实的定量生命科学基础训练：第一年的“生命科学基础” (Life Science Foundations) 会帮助学生学习物理、化学、数学、编程、生物学和生命科学的广泛知识，并熟悉实验和设计原理；第二年的“BME训练营” (BME Bootcamp) 则将通过一系列的课程，带领学生运用分析方法在分子、细胞和器官水平上对生物系统进行建模和工程设计。在前两年打下扎实的学科基础后，BME 2.0 在第三、四年给予学生充分的实践机会。“BME 实践” (BME Residency and Practice) 中，学生将使用复杂的生物医学数据集解决健康和疾病问题，通过专业领域的高阶研究将知识付诸实践。
BME 2.0 课程特色
在整个 BME 2.0 课程中，学生受益于个性化的指导，他们会受到自己所选择领域内专家的个性化指导与支持。在实践中，BME 鼓励学生根据自己的兴趣和水平与工业或临床合作完成科研项目。此外，BME 还开展了“3+1”项目，学生有机会在四年的时间里同时获得本科和硕士学位。
讲座结束后，参会师生与讲者进行了互动，Miller 教授还在学生培养、学科建设等方面分享了经验和建议。本次讲座通过哔哩哔哩视频网站进行了在线直播，使身处全国各地的听众得以在线观看并学习。
