本周Nature在News板块重点介绍了三个研究，位列第一的就是本篇文章。

Nature指出，科学家们都知道随着年龄不断增加，大脑会萎缩，脑室体积也会由此不断增加。然而，本篇研究最令人惊讶的发现在于，脑室体积居然在成年晚期增长得这么快！（图中深蓝色实线）。

Study: Brain Charts for The Human Lifespan. Image Credit: Alina Bratosin / Shutterstock.com

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正常大脑生长发育参考标准

图1：人脑图表

研究人员使用了GAMLSS建模方法评估了全脑范围内（平均皮质厚度和总表面积）和34个皮质区域（如图2所示）。研究发现，人脑皮层总表面积与整个生命周期中大脑总体积(TCV)的变化密切相关(图2a)。这两个指标在大约11-12岁时，都达到了峰值。相比之下，皮质厚度在1.7岁时，明显达到峰值。这与之前的研究结果一致，即皮质厚度在围产期增加，在发育后期下降。

另外，研究发现了神经发育轨迹的区域差异。与5.9岁的白质达到峰值相比，34个皮质区域的区域灰质体积的峰值的年龄变化很大，为大约2岁到10岁。初级感觉区最早达到峰值体积，达到峰值后下降较快。而额颞联合区达到峰值较晚，且达到峰值后下降较慢(图2b)。

图2：扩展的整体和区域的皮质形态表型。

灰质在青春期前达到峰值，皮质下灰质在青春期中期达到峰值，白质在成年早期达到峰值（如图3所示）。灰质，皮质下灰质，白质的增长速度都在婴儿期和儿童早期达到峰值。大脑总体积的增长速度在灰质和白质的最大速度之间，大脑总体积的增长速度大约在7个月时达到峰值。大脑总体积和皮质下灰质体积的两个主要里程碑（速度峰值和大小）（如图3所示）与新生儿和青少年的身高和体重的变化速度相吻合。平均皮质厚度的速度更早地达到了峰值，在产前时期的-0.38岁（相对于出生），大约对应于妊娠中期。

图3：神经发育里程碑

利用与年龄相关的标准化脑图进行了基准测试，计算了个体化百分位分数。汇总数据集的临床多样性，使研究能够全面分析百分位数得分的病例-对照差异。相对于对照组(CN)，在诊断为多种疾病的大(N>500)病例组中，百分位数得分存在显著差异（图4）。临床病例对照分析中，皮质厚度和表面积的差异，与体积组间差异的趋势类似。阿尔茨海默病的总体差异最大，女性患者中灰质体积差异最大(中位数百分位数评分=14%，与CN中位数相差36个百分点，图4a)。此外，本文引入了一个累积偏差度量，即百分位数马氏距离(CMD)。精神分裂症的CMD在总体上排名第三，仅次于阿尔茨海默病和轻度认知障碍(MCI)(图4c)。

在生命周期的所有主要时期中，无论诊断类别如何，病例中的CMD始终高于对照组。不同时期最大的病例对照差异发生在成年晚期和青春期。成年晚期罹患痴呆的风险增加。在青春期，精神健康障碍发病率增大。

构建大脑图表的一个挑战是确定样本外MRI数据的百分位数评分。因此，研究人员仔细评估了这类“新”扫描的百分位评分的可靠性和效度。对于每项新的MRI研究，使用最大似然来计算与标准轨迹的统计偏移。研究人员以偏移轨迹为基准评估了新研究中每个个体的百分位分数（图5）。样本外百分位数在多个测试-重测数据集中被证明是高度可靠，并且对图像处理管道的变化具有鲁棒性。

图5：脑图示意图，突出样本外百分位评分方法。

研究汇总了迄今为止最大的神经成像数据集，用于构建典型和非典型的人类大脑发育和衰老的标准人脑图表。研究结果表明，利用构建的人脑标准图表，可以通过MRI按年龄和性别记录脑图像的正常变化速率和方向。此外，这些图表更容易识别遗传易感性和早期环境对大脑神经解剖学的影响。最后，仍需要做更多的工作来制作更准确和更精确的适用于临床实践的图表。