人类首张大脑图表：胎儿到老人，扩张到萎缩( 二 )

回复的数量之多让他们感到惊讶。他们认为，这可能是因为COVID-19大流行让研究人员在实验室的时间更少，而查看电子邮件收件箱的时间比往常更多。
研究小组总共收集了101457人的123894次核磁共振扫描，这些扫描对象包含了怀孕15周的胎儿到100岁的老年人；包括正常神经系统的人的大脑，以及患有各种疾病(如阿尔茨海默氏症)和神经认知差异(如自闭症谱系障碍)的人的大脑。
Bethlehem说，“通过全球的共同努力，我们已经能够做到的一件事就是将整个生命期的数据拼接在一起。它让我们能够测量大脑中发生的最早期、最迅速的变化，以及随着年龄增长而出现的长期、缓慢的衰退。”
【人类首张大脑图表：胎儿到老人，扩张到萎缩】该团队使用标准化的神经成像软件从核磁共振扫描中提取数据，从简单的灰质和白质等的体积开始，然后扩大细节，如皮层的厚度或大脑的特定区域的体积。随后使用世界卫生组织（WHO）推荐的用于建模非线性成长轨迹的位置、比例、形状的广义加性模型（GAMLSS），创建了人类生命周期的脑图表。
总的来说，他们估计已经用了大约200万小时的计算时间，分析了接近1拍字节（PB）的数据。“如果没有访问剑桥的高性能计算集群，这真的是不可能的。”Seidlitz说。
他同时强调，“我们认为这项工作仍在进行中。这是为神经成像建立标准化参考图表的第一步。这就是为什么我们建立了这个网站，并创建了一个庞大的合作网络。我们希望不断更新图表，并在新数据可用的基础上构建这些模型。”他们已经推出了一个网站，他们打算在接受更多脑部扫描时，实时更新他们的成长图表。
首个大脑图表：尚处于非常早期的研究
具体而言，GAMLSS模型对大脑四种主要组织体积的MRI数据进行了拟合，包括皮层灰质总体积(GMV)、白质总体积(WMV)、皮层下灰质总体积(sGMV)和脑脊液总体积(CSF)) 。

文章插图
人类大脑图表。
该研究团队观察到的关键里程碑包括，大脑皮层灰质总体积（GMV，脑细胞）从怀孕中期开始迅速增加，在5.9岁时达到峰值，随后呈近线性下降。研究指出，这一高峰比之前的报告晚了2到3年。他们认为，此前那些报告依赖的样本更小，年龄限制更大。
白质总体积（WMV，大脑连接）也从怀孕中期到幼儿期迅速增加，在28.7岁时达到峰值。在50年后开始加速下降。
与皮层灰质总体积（GMV）和白质总体积（WMV）相比，皮层下灰质总体积(sGMV，控制身体功能和基本行为)呈中间生长模式，在14.4岁时达到峰值。研究称，白质总体积（WMV）和皮层下灰质总体积(sGMV)峰值均与之前的神经成像和尸检报告一致。
相比之下，脑脊液（CSF）在2岁前呈增长趋势，随后在30岁前处于稳定状态，然后缓慢线性增长，在60岁时呈指数增长。
研究还指出，从个体差异角度来看，皮层灰质总体积（GMV）个体差异早期逐渐增加，在4岁时达到峰值，而皮层下灰质总体积(sGMV)变异性则在青春期晚期达到峰值，白质总体积（WMV）在40岁左右个体间变异最大。有趣的是，脑脊液（CSF）则是在靠近人类生命末期时，不同个体之间变化最大。
此外，研究团队还用GAMLSS建模方法评估了全脑的平均皮层厚度、总表面积和34个皮层区域体积的发展。结果符合预期，人脑皮层总面积与总体积(TCV) 在整个生命周期的发展中密切相关，两项指标都在11-12岁时达到峰值。相比之下，皮层厚度在1.7岁时就显著达到峰值，这与此前的观察结果一致，即皮层厚度在围产期增加，在后期发育时下降。