體積|《自然》重磅：世界首個全年齡段人腦發育圖譜誕生！劍橋團隊基于超12萬次MRI掃描數據，發現多個未知的大腦發育關鍵時期丨科學大發現灰質|峰值|圖譜|掃描|重磅|大腦

寶寶一出生（甚至還沒出生，越來越卷），家長們就會開始關注孩子的身高、體重等指標是否達到了同齡人標準，隨著孩子長大，這些指標的參考范圍也會隨之變化。
那這參考范圍是從何而來的呢？這主要靠大規模人群調查，將95%某一年齡的兒童身高、體重所在的區間（或均值±2個標準差）定義為參考范圍。
另一個家長們很關心的方面——孩子的大腦發育情況，目前還沒有量化的指標，只能通過智商測試、考試分數等間接反映。 1歲的孩子大腦是怎樣的呢？10歲的孩子大腦又該是怎樣的呢？恐怕目前還沒有參考范圍能去量化這一問題。
近日，由劍橋大學的R. A. I. Bethlehem教授和賓夕法尼亞大學的J. Seidlitz教授領銜的國際團隊，在頂級期刊《自然》上發表了一項重磅研究成果，有望解決上述問題。
據了解，這是迄今最大規模的神經影像學研究，為神經科學研究提供了重要的參考資源。

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與身高或體重等容易得到的參數相比，量化大腦特征的參數提取難度非常之大，這使得我們很難說某個人的大腦形態是否處于該年齡水平的正常范圍。
為了更全面、普遍地量化整個人類生命周期內的大腦特征， R. A. I. Bethlehem教授和的J. Seidlitz教授通過對正常人群的腦部MRI數據進行解析，使用廣義相加模型（GAMLSS）模擬大腦特征隨時間變化的非線性軌跡[2] ，描繪了4個大腦指標的時間變化曲線：皮質區灰質總體積（GMV）、白質總體積（WMV）、皮質下灰質總體積（sGMV）和腦室或腦脊液總體積（VV）。

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皮質區灰質總體積（GMV）、白質總體積（WMV）、皮質下灰質總體積（sGMV）和腦室或腦脊液總體積（VV）隨年齡變化軌跡
從上圖我們可以看出，皮質區灰質總體積從孕中期開始快速增長，在5.9歲時體積達到峰值，隨后近乎線性下降。白質總體積從孕中期到兒童早期迅速增加，在28.7歲時達到峰值，隨后在50歲后加速下降。這表明幼兒期是人腦發育的關鍵時期。
與皮質區灰質總體積和白質總體積相比，皮質下灰質總體積在青春期達到峰值。相比之下，腦室或腦脊液總體積在2歲之前呈上升趨勢，直到30歲之前都處于平臺期，然后緩慢增長，并在60歲左右開始變為指數級增長。很明顯，這一指數級增長是由于自然性的腦萎縮造成的。
隨著年齡的變化，個體差異程度也隨之改變。皮質區灰質總體積變異程度在早期發育階段不斷增加，在4歲時達到峰值，而皮質下灰質總體積變異程度則在青春期后期達到峰值。白質總體積變異程度在40歲左右達到頂峰，而腦室或腦脊液總體積在人類壽命的末期變異程度最大。這意味著人腦變化的差異貫穿整個年齡段。
接著研究人員還擴展分析了其他從MRI中可提取的大腦圖譜信息，如大腦總體積（TCV）、總表面積（TSA）、平均皮質厚度（MCT）以及34個皮質功能區體積的時間變化軌跡。

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大腦總體積（TCV）、總表面積（TSA）、平均皮質厚度（MCT）以及皮質功能區體積的時間變化軌跡
不出所料，總表面積與大腦總體積在整個時間尺度上的軌跡較為一致，達峰時間約在11-12歲（總表面積， 10.97歲；大腦總體積， 12.5歲）。相比兩者，平均皮質厚度明顯更早的達到了峰值（1.7歲），這與先前報道的結果相一致，即皮質厚度在圍產期增加，在發育后期開始逐漸下降[3, 4] 。這些都是傳統意義上反應腦容量的指標，同樣表明大腦在人類早期可塑性更強，學習的潛力也更大。