十萬人講述大腦一生的變化!全球首張綜合性大腦生長發育曲線圖問世

2022年04月12日11:52

  每個新生兒的父母或許都對“生長曲線圖”不陌生,持續記錄寶寶的身高、體重或頭圍,對照生長曲線,就可以瞭解與同齡人相比孩子的生長發育怎麼樣。

  近日,頂尖學術期刊《自然》發表的一項研究首次為全身至關重要的器官——大腦,繪製出了綜合性的標準化生長曲線圖:腦圖(BrainChart)。

  這項研究成果直觀地顯示了人類大腦在生命早期如何快速膨脹,然後隨著年齡增長慢慢萎縮。腦圖涵蓋大腦在整個人生過程中的變化,不僅能像兒科醫生用的生長曲線那樣評估生命初期的大腦是否正常生長發育,還可以系統評估大腦的衰老,以及受到阿爾茨海默病等疾病的影響。

  由於大腦結構因人而異,通過掃瞄大腦並繪製出一組具有統計學意義的生長曲線談何容易。為此,這項工作彙總了世界各地100多項已有的研究,組建成迄今為止規模最大的人腦核磁共振(MRI)成像數據集。

  數據包含了來自10萬餘人的12萬餘次大腦核磁共振掃瞄結果,囊括不同年齡段的人群,最小的是受孕16周的胎兒,年齡最大的是100歲的老人,跨越了從出生前到老年的整個生命過程。

  ▲研究人員分析了核磁共振圖像的諸多指標(如灰質體積),用百分位數法評價,並顯示整個生命週期的變化率(圖片來源:參考資料[2];Credit:https://brainchart.shinyapps.io)

  這些腦圖首次明確顯示了一些過去假定的發育里程碑,像是大腦的主要組織——灰質和白質分別在什麼年齡達到體積峰值,大腦的特定區域在什麼年齡達到成熟,等等。

  例如,腦細胞胞體集中的灰質,可以看到其體積從妊娠中期開始迅速增加,在六歲之前達到頂峰,隨後緩慢減少。而神經連接構成的白質,其體積也從妊娠中期到兒童早期迅速增加,但在30歲左右達到峰值,到了50歲後縮減速度加快。

  還有一些指標顯示出了令研究人員驚訝的結果。比如腦室容量,儘管過去人們知道它會隨年齡的增長而增加,因為通常與腦萎縮有關,但腦圖表明,腦室容量在後半輩子急劇增長,速度驚人。

  這項研究還有望提供臨床可使用的工具。研究人員收集的腦成像數據,既包括了一般人群,也納入了患有各種神經系統疾病(如阿爾茨海默病)或神經認知差異(如自閉症譜系障礙)的人群。

  以阿爾茨海默病為例,這種疾病導致神經變性和腦組織喪失,因此與同齡人相比,受該病影響的人的腦容量可能減少。但就像身高差異一樣,腦的大小也存在差異,大腦略小並不能說明存在問題。而腦圖顯示,儘管腦容量隨年齡增長會自然減少,阿爾茨海默病患者的萎縮速度要快得多。

  目前數據集里有160多個不同的疾病標籤,研究者可以看到大腦在這些疾病中出現的差異。

  儘管該研究已經彙集了大量成像數據,但還沒有充分涵蓋不同地區、不同種族的人群。因此研究團隊認為由此產生的腦圖還只是初稿,數據仍在繼續更新。

  目前,這支國際團隊建立了一個網站,形成了龐大的合作者網絡,並創建了一個參考框架的工具,允許更多研究人員和臨床醫生在使用BrainChart時調整自己的數據集進行對比,最終生成更全面的報告。

  參考資料:

  [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

  本文來自藥明康德內容微信團隊

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