近期刊载于《自然》杂志的一项研究报道了一个雄心勃勃的项目——构建关于人类大脑发育的标准化图表。这项进展有望带来非常重要的信息，帮助我们认知典型和非典型大脑发育，以及识别大脑中的病理变化。
研究人员汇总超过12万次的脑部扫描，绘制了人类全生命周期的大脑发育图谱
不久前，宾夕法尼亚大学的神经科学家雅各布 · 塞德利茨（Jakob Seidlitz）带着他15个月大的儿子到儿科医生处进行检查，但对检查——他的儿子没有任何健康问题——并不满意，因为根据医生所使用的身高和体重图表，这个小娃娃似乎正以标准速度发育着。问题在于，塞德利茨认为目前缺少用以衡量他儿子大脑生长过程的等价度量/等效指标。“令人震惊的是，医生们就这个关键器官所掌握的生物学信息是如此之少。”
不过他们或许很快就能改变现状。塞德利茨与同事合作，收集汇总超过12万次脑部扫描图像——目前同类研究里的最大规模——创制了第一份贯穿全生命周期的大脑发育图谱。这些图表直观显示了人类大脑如何在生命早期快速扩张，然后随着年龄增长缓慢收缩。《自然》（Nature）杂志于2022年4月6日刊载了此项研究。
神经科学家对塞德利茨等人的成果感到震惊，他们的科研工作长期受制于可重复性问题，其中部分原因是样本量小。磁共振成像（MRI） 价格昂贵，因此科学家往往要面对实验参与者人数不足的困难。
佛罗里达国际大学认知神经科学家安吉拉 · 莱尔德（Angela Laird）发表评论表示：“他们收集的海量数据集令人印象深刻，为本领域树立了新标准。”
共同作者、精神病医师亚伦 · 亚历山大 - 布洛赫（Aaron Alexander-Bloch）评论道：“基于神经病学背景，标准化分数在患有阿尔茨海默病或轻度认知障碍的个体中分布呈现严重偏差，这令人惊讶；此外，精神分裂症患者在某些大脑特征方面表现出相似程度的偏差，这也令人惊讶，尽管他们出现症状和确诊疾病的时间通常处于生命周期里完全不同的阶段。”
不过作者也指出，他们的数据库还不算是完备体系，现有图表只是初稿，需要进一步调整完善才可部署到临床环境中。
西雅图华盛顿大学的儿科神经学家汉娜 · 塔利（Hannah Tully）表示，如果这些图表最终被推广给了儿科医生，他们需要非常小心谨慎地确保不出现理解上的差错。“一个看起来很完整很良好的大脑，不一定运作良好。”
绘图绝非易事
由于大脑结构因人而异，因此研究人员不得不汇总大量扫描图，创建一组具有统计学意义、权威性十足的生长图表。用论文合著者、剑桥大学神经科学家理查德 · 伯利恒（Richard Bethlehem）的话说，这并非易事，如果是自己去进行数千次扫描，研究者面临的时间成本将是数十年，经济成本则高到令人望而却步，因此他们大概率会转向已经完成了的神经影像学研究。
伯利恒和塞德利茨向世界各地的研究人员发送电子邮件，询问他们是否愿意为该项目分享自己的神经影像数据。俩人对收到的回复数感到惊讶，不过可能因为COVID-19大流行，使研究人员身处实验室的时间更少，浏览电子邮件的时间更多了。
研究团队总共收集了来自101 457位个体的123 894次MRI扫描样本，个体年龄小到受孕后16周，大到100岁。MRI检查是非常全面的，包括对神经典型者的大脑扫描，以及对患有各种疾病（如阿尔茨海默病）和神经认知差异（包括自闭症谱系障碍）人群的大脑扫描。研究人员使用统计模型从图像中提取信息，并确保无论使用哪种类型的MRI机器，扫描结果都可直接相互比较。
最终结果可以总结如下：从4个月大到3岁，大脑从其最大体积的10%增至80%，于11岁左右达到峰值1 066立方厘米，然后逐渐下降；灰质体积从妊娠中期开始迅速增加，于6岁前达到峰值，然后开始缓慢下降；皮层下灰质的体积在14岁半达到峰值；白质体积从妊娠中期到儿童早期迅速增加，于29岁前达到峰值，50岁后开始加速下降。
这只是一份“初稿”
圣路易斯华盛顿大学的神经科学家尼科 · 多森巴赫（Nico Dosenbach）认为，收集到如此之多的数据集简直就是“外交杰作”，而这个数据规模也应当是研究者汇总大脑图像时需要践行的标准。
尽管数据集规模庞大，但正如前文所述，伯利恒和塞德利茨等人承认新数据库尚不完备，他们的工作存在神经影像学研究特有的问题，例如：明显缺乏多样性，收集的脑部扫描主要来自北美和欧洲，不成比例地反映了大学生年纪、城市出身的白种人富裕人群的情况；来自南美和非洲的数据集分别仅有3个和1个，不到研究所用全部脑部扫描的1%。剑桥大学的认知神经科学家莎拉 - 杰恩 · 布莱克莫尔（Sarah-Jayne Blakemore）表示，这限制了研究结果的普遍性。
莱尔德指出，全世界有数十亿人无法使用MRI机器，这使得我们难以获得多样化的脑成像数据。不过作者团队仍在努力尝试。他们推出了一个网站，并计划在收到更多脑部扫描时实时更新生长图表。
另一个挑战在于确定怎么样对脑扫描图的所有者给予恰当信任。一些扫描来自开放访问的数据集，但另一些不对研究人员开放。大多数封闭数据没有通过审核，无法被纳入大脑生长图表，因此它们的所有者做了额外工作来分享它们——这些科学家也被加入了新成果的作者栏。
研究人员强调，该脑图项目仍处于初级阶段，需进一步发展完善，包括纳入更加多样化（种族、社会经济和人口统计等）的参与者数据。塞德利茨总结道：“我们希望此项研究将是朝着促进人类神经影像学数据共享与合作努力迈出的一小步，有望为未来的研究提供一个共同框架，帮助调查和分享有关大脑发育以及神经和精神疾病的结果。”
资料来源 Nature
