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《自然》:十万人讲述大脑一生的变化!全球首张综合性大脑生长发育曲线图问世

编辑 | 药明康德内容团队

每个新生儿的父母或许都对“生长曲线图”不陌生,持续记录宝宝的身高、体重或头围,对照生长曲线,就可以了解与同龄人相比孩子的生长发育怎么样

一张典型的生长曲线图,横轴表示年龄,纵轴表示身高丨图片来源:参考资料[2];Credit:美国疾控中心

近日,顶尖学术期刊《自然》发表的一项研究首次为全身至关重要的器官——大脑,绘制出了综合性的标准化生长曲线图脑图(BrainChart)。这项研究成果直观地显示了人类大脑在生命早期如何快速膨胀,然后随着年龄增长慢慢萎缩。脑图涵盖大脑在整个人生过程中的变化,不仅能像儿科医生用的生长曲线那样评估生命初期的大脑是否正常生长发育,还可以系统评估大脑的衰老,以及受到阿尔茨海默病等疾病的影响。

汇集了世界各地数百名研究者的工作由于大脑结构因人而异,通过扫描大脑并绘制出一组具有统计学意义的生长曲线谈何容易。为此,这项工作汇总了世界各地100多项已有的研究,组建成迄今为止规模最大的人脑核磁共振(MRI)成像数据集。数据包含了来自10万余人的12万余次大脑核磁共振扫描结果,囊括不同年龄段的人群,最小的是受孕16周的胎儿,年龄最大的是100岁的老人,跨越了从出生前到老年的整个生命过程。

研究人员分析了核磁共振图像的诸多指标(如灰质体积),用百分位数法评价,并显示整个生命周期的变化率丨图片来源:参考资料[2];Credit:https://brainchart.shinyapps.io

这些脑图首次明确显示了一些过去假定的发育里程碑,像是大脑的主要组织——灰质和白质分别在什么年龄达到体积峰值,大脑的特定区域在什么年龄达到成熟,等等。例如,脑细胞胞体集中的灰质,可以看到其体积从妊娠中期开始迅速增加,在六岁之前达到顶峰,随后缓慢减少。而神经连接构成的白质,其体积也从妊娠中期到儿童早期迅速增加,但在30岁左右达到峰值,到了50岁后缩减速度加快。还有一些指标显示出了令研究人员惊讶的结果。比如脑室容量,尽管过去人们知道它会随年龄的增长而增加,因为通常与脑萎缩有关,但脑图表明,脑室容量在后半辈子急剧增长,速度惊人。

脑图绘制了大脑灰质体积、白质体积、脑室容积、皮层厚度等关键指标随年龄的变化丨图片来源:参考资料[4]

这项研究还有望提供临床可使用的工具。研究人员收集的脑成像数据,既包括了一般人群,也纳入了患有各种神经系统疾病(如阿尔茨海默病)或神经认知差异(如自闭症谱系障碍)的人群。以阿尔茨海默病为例,这种疾病导致神经变性和脑组织丧失,因此与同龄人相比,受该病影响的人的脑容量可能减少。但就像身高差异一样,脑的大小也存在差异,大脑略小并不能说明存在问题。而脑图显示,尽管脑容量随年龄增长会自然减少,阿尔茨海默病患者的萎缩速度要快得多。目前数据集里有160多个不同的疾病标签,研究者可以看到大脑在这些疾病中出现的差异。

图片来源:123RF尽管该研究已经汇集了大量成像数据,但还没有充分涵盖不同地区、不同种族的人群。因此研究团队认为由此产生的脑图还只是初稿,数据仍在继续更新。目前,这支国际团队建立了一个网站,形成了庞大的合作者网络,并创建了一个参考框架的工具,允许更多研究人员和临床医生在使用BrainChart时调整自己的数据集进行对比,最终生成更全面的报告。

 

参考资料

[1] Bethlehem, RAI, Seidlitz J & White, SR et al. Brain charts for the human lifespan. Nature; 6 April 2022; DOI: 10.1038/s41586-022-04554-y

[2] Mapping the rapid growth and slow decline of the human brain over our lifetime. Retrieved Apr. 11, 2022 from https://www.cam.ac.uk/stories/BrainCharts

[3] CHOP researchers create reference model for brain growth over human lifespan. Retrieved Apr. 11, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/948674

[4] Your brain expands and shrinks over time — these charts show how. Nature. Doi: https://doi.org/10.1038/d41586-022-00971-1

 

本文经授权转载自微信公众号“学术经纬”。

 



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