新的里程碑！Nature 发布首个全生命周期人脑发育图，覆盖胎儿到百岁老人

两百多年前，法国鸟类学家 Count Philibert de Montbeillard 绘制了首个生长图表，用来监测儿子从出生到 18 岁的身高。这是临床儿科医疗的奠基石，可以帮助监测儿童与同龄人相比的生长发育情况。然而，大脑作为一个重要的、精密的器官，却始终没有有效的衡量指标可以用来评估大脑生长与年龄相关的变化。

2022 年 4 月 6 日，剑桥大学、费城儿童医院和宾夕法尼亚大学的研究人员在 Nature 上发表了一篇题为 Brain charts for the human lifespan 的研究，填补了这一空白。

他们创建了一个交互式开放资源——BrainChart，它是一个跨越整个生命周期的大脑图表。基于近 125,000 次脑部扫描数据，包含了从 15 周大的胎儿到 100 岁的成年人的大脑图谱，为人类大脑的发育创建了参考模型。

伟大的技术壮举

为了创建 BrainChart 平台，研究人员汇总了迄今为止最大的神经成像数据集，其中包括来自 101,457 名参与者的 123,984 次 MRI 扫描，年龄从受孕后 115 天到 100 岁不等。图表显示了我们的大脑在早期是如何迅速生长的，以及随着年龄的增长，大脑是如何缓慢萎缩的。

图源：Nature

该团队使用标准化的神经成像软件从 MRI 扫描中提取数据，从简单的属性开始，例如灰质或白质的体积，然后进一步丰富工作细节, 如皮层的厚度或大脑的特定区域的体积。通过这样做，该研究确定了以前从未报道过的神经发育相关结论，包括怀孕后约 17 周开始的早期生长时期，当时大脑是其最大尺寸的 10%，直到 3 岁，这时大脑大约是其最大尺寸的 80%。

大脑的快速增长和缓慢衰退

大脑图表使研究人员能够确认大脑主要组织类别在什么年龄达到峰值，大脑特定区域何时达到成熟。

这项研究的带头人之一，剑桥大学精神病学系的 Richard Bethlehem 博士说道：「通过协调大脑图像，我们能够将整个生命周期的数据结合在一起。它使我们能够观测大脑中发生的非常早期、快速的变化，以及随着年龄的增长而长期、缓慢的衰退。」

在本研究中，该研究团队观察到的关键结论包括：

1、大脑灰质 (脑细胞) 的体积从妊娠中期开始迅速增加，在我们 6 岁之前达到高峰。然后开始缓慢下降；

2、大脑白质 (大脑连接) 的体积也从妊娠中期到儿童早期迅速增加，并在 28.7 岁达到高峰；

3、大脑白质体积在 50 岁后开始下降；

4、大脑皮质下 (控制身体功能和基本行为) 的灰质体积在 14 岁半的青春期达到高峰。

大脑神经发育（图源：Nature）

潜在的临床前景

许多精神疾病是非典型大脑发育的结果，阿尔茨海默氏症和帕金森病等神经退行性疾病会导致大脑中可观察到的变化，发育性遗传疾病也会导致大脑结构异常。

现在，这些数据集已经有大约 165 个不同的诊断标签，这意味着研究人员可以通过比较患者大脑体积与同龄人相比变化的速度来发现神经退化的迹象。例如，阿尔茨海默症会导致神经退化和脑组织丢失，虽然大脑大小随着衰老会自然减少, 但在阿尔茨海默氏症患者中, 大脑萎缩的速度要比同龄人快得多。

图源：Nature

有朝一日，BrainChart 将可能作为临床工具发挥作用，但这还需要更多的研究来验证和完善该模型，以便其用于诊断与大脑相关的疾病。

Bethlehem 博士解释说：「我们的脑图仍处于非常早期的阶段，这些图表已经开始为大脑发育提供有趣的见解。我们的目标是，在未来随着我们整合更多的数据集并完善图表，它们最终可能成为常规临床实践的一部分，被用来帮助评估接受阿尔茨海默氏症等疾病筛查的患者。」