直覺呈現人腦如何在生命早期快速發育、增大，然後随着年齡增長而緩慢萎縮。
撰文 |燕小六
來源 | “醫學界”公衆号
4月初，高被引作者、神經科學家雅各布·塞德利茨（Jakob Seidlitz）帶着15個月大的兒子，去看兒科醫生，做例行的健康檢查。
他對檢查結果不滿意。
兒科醫生稱，孩子沒有問題。身高、體重、頭圍等發育名額都在生長曲線的“标準”範圍内。
“但沒有量化名額，能反映與發育相關的大腦變化。”現供職于美國費城兒童醫院的雅各布告訴《自然》。
這一現狀或許很快就能改變。雅各布恰恰是推動者之一。
當地時間4月6日，《自然》發表雅各布等人合著研究。該研究被指擁有“史上兩大最多”。
第一，資料最多。納入100多項初級研究，涵蓋全球10萬餘人、12萬多份腦部磁共振成像（MRI）資料，建立史上首份大腦發育生長圖。它确定了以前未報告的腦發育裡程碑，直覺呈現人腦如何在生命早期快速發育、增大，然後随着年齡增長而緩慢萎縮。
第二，作者最多。220餘人榮登作者欄，另有數百名資料貢獻者被列為“引用”。
“海量資料讓人印象深刻。這為腦科學研究樹立了新标準。”美國佛羅裡達國際大學認知神經科學家安吉拉·萊爾德（Angela Laird）告訴《自然》。
“一個更大的腦子未必運作良好。”美國華盛頓大學兒科神經學家漢娜·塔利（Hannah Tully）持保留意見，稱雅各布等人的腦發育生長圖隻是“初稿”，需要進一步調整才能運用到臨床，以免被誤讀。
圖檔說明：雅各布·塞德利茨等人收集、分析12萬餘份腦部MRI掃描結果，建立出涵蓋人類壽命的大腦生長圖表。/SPL
“取之于民”的大資料
腦科學研究長期存在一組“主要沖突”。一方面，腦結構因人而異。要想建立一組具有統計意義的圖表或模型，必須納入足夠多的資料。另一方面，腦部MRI掃描耗時長、價格貴。
“要收集10萬人資料，得花數十年時間。成本高得讓人卻步。”前述研究合著者、英國劍橋大學神經科學家理查德·伯利恒（Richard Bethlehem）介紹。
雅各布是個“大資料”追逐者。在其個人網站上，他自稱：“緻力于從‘大資料’中獲得新的神經科學見解，以更好地了解人腦是如何發育、進化和被破壞的。”
兩人和團隊讨論後，決定“尋找同盟”。
他們研發了一個名為“腦圖（brainchart）”的開源網站，允許使用者自主上傳、下載下傳資料。然後，他們給全球各地的研究人員發電子郵件，詢問其是否願意線上共享腦MRI掃描資料。
“看到回複量，兩人大吃一驚。這遠比設想得多。”《自然》稱，研究團隊将之歸因于新冠肺炎大流行。科學家們待在實驗室的時間少了，上網、查收電子郵件的時間多了。
最終，研究團隊收到101,457人、共123,894份腦部MRI資料，涉及100多項初級研究。提供資料或算法的研究人員大多被列入作者欄或引用欄。
在這些腦MRI資料中，有經典的、正常發育的腦圖，也有患各種神經系統疾病（如阿爾茨海默病）和神經發育廣泛障礙性疾病（包括自閉症譜系障礙）的腦成像。
研究團隊使用統計模型，從圖像中提取資訊，并確定無論使用哪一款MRI裝置，資料都具有可比性。
由于最小的“入組者”是受孕後115天的胎兒，最大的是百歲成人，研究人員獲得一組與年齡密切相關的“腦圖”，并确認幾大關鍵性的腦發育名額。“它涵蓋從子宮發育到衰老死亡的整個人類生命周期，旨在創造一種通用語言，來描述大腦發育和成熟等。”
研究資料顯示，灰質總體積（GMV）和平均皮質厚度會在發育早期達到峰值。GMV從孕中期開始迅速增加，在5.9歲時達到峰值，随後近線性下降。這一峰值的觀測時間比過往報告晚了2-3年。
從孕中期到兒童早期，白質總體積（WMV）也在迅速增加，于28.7歲時達到峰值。50年後則加速下降。
控制基本身體功能和行為的皮層下灰質體積，會在14.5歲時達到峰值。
神經科學家格外關心腦脊液（CSF）空間增大，這一名額變化通常與腦萎縮有關。前述研究發現，2歲前，相關名額呈上升趨勢，到30歲左右保持穩定，然後緩慢地近線性增長。到60歲時，呈指數增加。
研究還密切跟蹤了總大腦表面積和總大腦體積。兩者分别在10.97歲和12.5歲時達到峰值。
圖檔來源于Nature
從長遠來看，理查德和雅各布希望将“腦圖”打磨成臨床工具。
比如，有一天，“腦圖”能像兒童體重、身高等生長曲線一樣，被用于預測和診斷非典型的大腦發育。
或者，用于阿爾茨海默病等疾病篩查和評估。阿爾茨海默病會導緻神經退行性病變和腦組織丢失。相較于同齡人，患病者更可能出現明顯的腦體積減少等。
另一方面，雖然大腦會随着年齡增長而自然萎縮，但在阿爾茨海默病患者中，這一程序更早、更快。
研究團隊表示，這是迄今為止最大的神經影像資料集，包含約165種不同的診斷分類。其臨床運用價值可以預期。
研究也有缺憾。
理查德和雅各布團隊坦言，他們沒有擺脫神經影像學研究特有的問題，即缺乏多樣性。“全球有數十億人無法用到MRI，其腦成像資料難以獲得。我們收集的資料主要來自北美和歐洲，白人、大學教育水準、城市和富裕人群占比非常大。僅有3組來自南美的資料和1組來自非洲的資料，占總數的1%。”
他們認為，這或限制研究結果的普适性。
腦MRI研究會不會越來越大？
就在理查德和雅各布等人研究釋出的20天前，《自然》剛剛發表美國聖路易斯華盛頓大學的重磅研究。
該文顯示，迄今，幾乎所有使用MRI進行腦部掃描的神經科學研究，都面臨參與者太少的窘境，無法可靠地檢測大腦功能和行為之間的聯系，相關結論很可能是不正确的。
牛津大學的卡桑德拉·古爾德·範·普拉格（Cassandra Gould van Praag）評論稱，該研究可能給腦部MRI研究帶來一場生存危機，“不做大，難取信”。
類似的現象在心理健康遺傳學研究中也出現過。20世紀90年代，一些納入數十或數百名參與者的小型研究發現與抑郁症等相關的“基因”。
然而，一項囊括數十萬人全基因組測序的研究指出，抑郁症受到數百種基因變異影響。每一種基因變異的獨立影響都很小。
安吉拉·萊爾德“預測”，未來，腦MRI相關研究可能會順着理查德和雅各布的設想發展，聯合多個小型研究、形成一項大樣本研究。
目前，“腦圖”網站在持續維護、營運。理查德和雅各布團隊公開了代碼和統計模型。他們希望進一步打磨資料，以實時更新“腦圖”。
參考資料：
[1]Your brain expands and shrinks over time—these charts show how.Nature
來源：醫學界
責編：鄭華菊
校對：臧恒佳