从核磁共振现象的发现到磁共振成像(MRI)技术成熟的几十年间，有关核磁共振的研究曾在物理学、化学、生理学或医学三个领域获得了6次诺贝尔奖。磁共振成像仪器是目前医学诊断不可或缺的工具。然而，磁共振成像设备精密且昂贵，线下实验室空间受限，磁共振实验室安全要求高，使得未经培训的人员无法进入实地进行学习或者实验。

　　“中国脑计划”(脑科学与类脑科学研究计划)经过多年酝酿，2016年作为科技创新2030重大项目被列入“十三五”规划[1]。任务态-功能磁共振影像(fMRI)实验需结合视觉、声音等外部刺激，在严格的心理学实验设计范式引导下开展大脑神经影像数据采集。它是目前研究大脑加工神经机理的必要实验。功能磁共振影像技术因其生物安全、空间信息全面等优点，已经成为世界范围内应用最广泛的神经影像技术[2]。高质量的标准化磁共振影像数据是研究大脑加工神经机制的核心要素。任务态-功能磁共振影像实验必须通过安全的操作流程和精准的扫描参数设置，才能采集到准确的磁共振影像数据。线下磁共振实验场地无法满足对初学者的入门培训，限制了脑科学研究技术的科普范围。

　　建设虚拟仿真实验是将磁共振影像扫描仪这一大型仪器设备为学习者提供教学及培训的重要途径[3-5]。目前，依托虚拟仿真实验的创新型实验教学建设项目越来越多地应用于大学本科教学中，包括大学物理[6]、生物类[7]以及医学类课程[8]。张语萱[9]和候文国[10]都曾以建设虚拟仿真模型为研究内容，做过一些探索与研究。虚拟仿真实验已经成为重要的创新教学手段，让原本不敢做、不能做、不会做的实验教学项目纷纷落地，实现零的突破。

　　本虚拟仿真实验项目依托同济大学电子与信息工程学院线下平台—脑认知影像研究平台，“以学生为中心”、以问题为导向，融合多种教学方法，设计了科普漫游模块、理论学习模块、实操练习模块、自定义实验模块的四阶段递进式学习模式，实现了全过程、多场景、浸入式的任务态-功能磁共振影像虚拟仿真实验。学习者在3D沉浸环境中，结合线下实验计划，开展可自主选择的、全过程实操练习的实验。该虚拟仿真实验可作为线下科研实验的预实验，为学习者储备线下任务态-功能磁共振脑认知研究实验所需的理论知识以及操作经验，提高线下实验的准确性。本文将围绕任务态-功能磁共振影像虚拟仿真实验建设进行全面阐述，已积累的虚拟仿真项目建设经验可为更多优秀的虚拟仿真项目建设提供参考。

　　1 任务态-功能磁共振影像虚拟仿真实验项目的开发

　　2 任务态-功能磁共振影像虚拟仿真实验项目的特色

　　3 结语

　　依托虚拟仿真实验平台，将“云端”磁共振实验室通过PC端和移动端(兼容谷歌Chrome、火狐、360极速浏览器)向学习者开放共享。实现云端共享资源，零试错成本、排除安全隐患，为广大学习者提供更充分的学习机会。任务态-功能磁共振影像虚拟仿真实验教学项目建设解决了前沿交叉学科中大型仪器设备实验教学的关键问题。同时，将现代信息技术融入实验教学中，促进了优质教学资源向全国乃至国际高校的共享开放，为前沿交叉领域复合型科研人才的培养提供保障。

　　参考文献

　　[1] 张学博,阮梅花,袁天蔚,等.神经科学和类脑人工智能发展：新进展、新趋势[J].生命科学,2020,32(10):993-1013.

　　[2] 左西年,臧玉峰,高家红.推进神经影像数据共享与开放式脑科学[J].中国科学(生命学),2021(6):600-618.

　　[3] 杨颖,肖潭,南景富,等.高校虚拟仿真实验教学发展趋势的文献计量分析[J].实验技术与管理,2020,37(12):24-28,32.

　　[4] 狄海廷,董喜斌,李耀翔,等.高校虚拟仿真实验教学资源的可持续发展机制研究[J].实验技术与管理,2018,35(5):236-238,242.

　　[5] 张敏,刘俊波.对高校虚拟仿真实验教学项目建设的若干思考[J].中国现代教育装备,2020(1):10-13.

　　[6] 王星.利用LabVIEW软件制作的虚拟仿真实验对大学物理实验教育的优化[J].课程教育研究,2017(16):183-184.

　　[7] 龚思颖,陈晓婷,张金菊,等.生物类虚拟仿真实验教学资源的建设与发展[J].实验技术与管理,2019,36(9):176-180.

　　[8] 朱名毅,李俊,黎淑芳,黄敏,等.虚拟仿真技术在口腔医学教育中的应用与挑战[J].科教文汇(上旬刊),2021(2):111-112,121.

　　[9] 张语萱.面向脑卒中偏瘫患者的下肢康复外骨骼虚拟样机设计与仿真[D].杭州:浙江大学,2020.

　　[10] 侯文国.虚拟脑肿瘤摘除手术仿真中软组织形变模型的研究[D].北京:北京交通大学,2020.

龚晓亮 陈宇飞　同济大学电子与信息工程学院