体积|《自然》重磅：世界首个全年龄段人脑发育图谱诞生！剑桥团队基于超12万次MRI扫描数据，发现多个未知的大脑发育关键时期丨科学大发现灰质|峰值|图谱|扫描|重磅|大脑

宝宝一出生（甚至还没出生，越来越卷），家长们就会开始关注孩子的身高、体重等指标是否达到了同龄人标准，随着孩子长大，这些指标的参考范围也会随之变化。
那这参考范围是从何而来的呢？这主要靠大规模人群调查，将95%某一年龄的儿童身高、体重所在的区间（或均值±2个标准差）定义为参考范围。
另一个家长们很关心的方面——孩子的大脑发育情况，目前还没有量化的指标，只能通过智商测试、考试分数等间接反映。 1岁的孩子大脑是怎样的呢？10岁的孩子大脑又该是怎样的呢？恐怕目前还没有参考范围能去量化这一问题。
近日，由剑桥大学的R. A. I. Bethlehem教授和宾夕法尼亚大学的J. Seidlitz教授领衔的国际团队，在顶级期刊《自然》上发表了一项重磅研究成果，有望解决上述问题。
据了解，这是迄今最大规模的神经影像学研究，为神经科学研究提供了重要的参考资源。

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与身高或体重等容易得到的参数相比，量化大脑特征的参数提取难度非常之大，这使得我们很难说某个人的大脑形态是否处于该年龄水平的正常范围。
为了更全面、普遍地量化整个人类生命周期内的大脑特征， R. A. I. Bethlehem教授和的J. Seidlitz教授通过对正常人群的脑部MRI数据进行解析，使用广义相加模型（GAMLSS）模拟大脑特征随时间变化的非线性轨迹[2] ，描绘了4个大脑指标的时间变化曲线：皮质区灰质总体积（GMV）、白质总体积（WMV）、皮质下灰质总体积（sGMV）和脑室或脑脊液总体积（VV）。

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皮质区灰质总体积（GMV）、白质总体积（WMV）、皮质下灰质总体积（sGMV）和脑室或脑脊液总体积（VV）随年龄变化轨迹
从上图我们可以看出，皮质区灰质总体积从孕中期开始快速增长，在5.9岁时体积达到峰值，随后近乎线性下降。白质总体积从孕中期到儿童早期迅速增加，在28.7岁时达到峰值，随后在50岁后加速下降。这表明幼儿期是人脑发育的关键时期。
与皮质区灰质总体积和白质总体积相比，皮质下灰质总体积在青春期达到峰值。相比之下，脑室或脑脊液总体积在2岁之前呈上升趋势，直到30岁之前都处于平台期，然后缓慢增长，并在60岁左右开始变为指数级增长。很明显，这一指数级增长是由于自然性的脑萎缩造成的。
随着年龄的变化，个体差异程度也随之改变。皮质区灰质总体积变异程度在早期发育阶段不断增加，在4岁时达到峰值，而皮质下灰质总体积变异程度则在青春期后期达到峰值。白质总体积变异程度在40岁左右达到顶峰，而脑室或脑脊液总体积在人类寿命的末期变异程度最大。这意味着人脑变化的差异贯穿整个年龄段。
接着研究人员还扩展分析了其他从MRI中可提取的大脑图谱信息，如大脑总体积（TCV）、总表面积（TSA）、平均皮质厚度（MCT）以及34个皮质功能区体积的时间变化轨迹。

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大脑总体积（TCV）、总表面积（TSA）、平均皮质厚度（MCT）以及皮质功能区体积的时间变化轨迹
不出所料，总表面积与大脑总体积在整个时间尺度上的轨迹较为一致，达峰时间约在11-12岁（总表面积， 10.97岁；大脑总体积， 12.5岁）。相比两者，平均皮质厚度明显更早的达到了峰值（1.7岁），这与先前报道的结果相一致，即皮质厚度在围产期增加，在发育后期开始逐渐下降[3, 4] 。这些都是传统意义上反应脑容量的指标，同样表明大脑在人类早期可塑性更强，学习的潜力也更大。