從(cong) 核磁共振現象的發現到磁共振成像(MRI)技術成熟的幾十年間，有關(guan) 核磁共振的研究曾在物理學、化學、生理學或醫學三個(ge) 領域獲得了6次諾貝爾獎。磁共振成像儀(yi) 器是目前醫學診斷不可或缺的工具。然而，磁共振成像設備精密且昂貴，線下實驗室空間受限，磁共振實驗室安全要求高，使得未經培訓的人員無法進入實地進行學習(xi) 或者實驗。
“中國腦計劃”(腦科學與(yu) 類腦科學研究計劃)經過多年醞釀，2016年作為(wei) 科技創新2030重大項目被列入“十三五”規劃[1]。任務態-功能磁共振影像(fMRI)實驗需結合視覺、聲音等外部刺激，在嚴(yan) 格的心理學實驗設計範式引導下開展大腦神經影像數據采集。它是目前研究大腦加工神經機理的必要實驗。功能磁共振影像技術因其生物安全、空間信息全麵等優(you) 點，已經成為(wei) 世界範圍內(nei) 應用最廣泛的神經影像技術[2]。高質量的標準化磁共振影像數據是研究大腦加工神經機製的核心要素。任務態-功能磁共振影像實驗必須通過安全的操作流程和精準的掃描參數設置，才能采集到準確的磁共振影像數據。線下磁共振實驗場地無法滿足對初學者的入門培訓，限製了腦科學研究技術的科普範圍。
建設虛擬仿真實驗是將磁共振影像掃描儀(yi) 這一大型儀(yi) 器設備為(wei) 學習(xi) 者提供教學及培訓的重要途徑[3-5]。目前，依托虛擬仿真實驗的創新型實驗教學建設項目越來越多地應用於(yu) 大學本科教學中，包括大學物理[6]、生物類[7]以及醫學類課程[8]。張語萱[9]和候文國[10]都曾以建設虛擬仿真模型為(wei) 研究內(nei) 容，做過一些探索與(yu) 研究。虛擬仿真實驗已經成為(wei) 重要的創新教學手段，讓原本不敢做、不能做、不會(hui) 做的實驗教學項目紛紛落地，實現零的突破。
本虛擬仿真實驗項目依托同濟大學電子與(yu) 信息工程學院線下平台—腦認知影像研究平台，“以學生為(wei) 中心”、以問題為(wei) 導向，融合多種教學方法，設計了科普漫遊模塊、理論學習(xi) 模塊、實操練習(xi) 模塊、自定義(yi) 實驗模塊的四階段遞進式學習(xi) 模式，實現了全過程、多場景、浸入式的任務態-功能磁共振影像虛擬仿真實驗。學習(xi) 者在3D沉浸環境中，結合線下實驗計劃，開展可自主選擇的、全過程實操練習(xi) 的實驗。該虛擬仿真實驗可作為(wei) 線下科研實驗的預實驗，為(wei) 學習(xi) 者儲(chu) 備線下任務態-功能磁共振腦認知研究實驗所需的理論知識以及操作經驗，提高線下實驗的準確性。本文將圍繞任務態-功能磁共振影像虛擬仿真實驗建設進行全麵闡述，已積累的虛擬仿真項目建設經驗可為(wei) 更多優(you) 秀的虛擬仿真項目建設提供參考。
1 任務態-功能磁共振影像虛擬仿真實驗項目的開發
2 任務態-功能磁共振影像虛擬仿真實驗項目的特色
3 結語
依托虛擬仿真實驗平台，將“雲(yun) 端”磁共振實驗室通過PC端和移動端(兼容穀歌Chrome、火狐、360極速瀏覽器)向學習(xi) 者開放共享。實現雲(yun) 端共享資源，零試錯成本、排除安全隱患，為(wei) 廣大學習(xi) 者提供更充分的學習(xi) 機會(hui) 。任務態-功能磁共振影像虛擬仿真實驗教學項目建設解決(jue) 了前沿交叉學科中大型儀(yi) 器設備實驗教學的關(guan) 鍵問題。同時，將現代信息技術融入實驗教學中，促進了優(you) 質教學資源向全國乃至國際高校的共享開放，為(wei) 前沿交叉領域複合型科研人才的培養(yang) 提供保障。
參考文獻
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龔曉亮 陳宇飛 同濟大學電子與(yu) 信息工程學院 |
