從15周大的胎兒，到100歲的老人，你一生的故事該如何用科學(xué)講述？

現(xiàn)在，科學(xué)家找到了一種新方法，可以構(gòu)建橫跨整個生命周期的一系列腦部變化圖表。這些圖表直觀展示了我們的大腦如何在生命早期迅速增長，并隨著年齡的增長而慢慢縮小。

這些腦圖（BrainChart）是一個橫跨六大洲的研究項目的成果，匯集了可能是有史以來最大的核磁共振（MRI）數(shù)據(jù)集，包括來自100多項不同研究的近125000份大腦掃描。這項研究朝著填補神經(jīng)科學(xué)研究的一項空白邁出了重要一步。論文已于近日發(fā)表在《自然》上。

  生長曲線圖  

兩個多世紀(jì)以來，兒科保健一直離不開生長曲線表，它們在診所中隨處可見，幫助監(jiān)測兒童的生長發(fā)育。

一張典型的生長曲線表可能會在橫軸上繪制年齡，縱軸繪制身高等數(shù)據(jù)，但它并不只有一條線，而會展示一個范圍，從而反映一個人身高、體重或頭圍等因素的自然變化。

一張典型的女性生長曲線表。| 圖片來源：CDC

但是，卻還沒有類似的參考圖表來測量人腦中與年齡有關(guān)的變化。這正是新研究的目標(biāo)。

科學(xué)家借助大量高質(zhì)量的MRI數(shù)據(jù)集，使用標(biāo)準(zhǔn)化的神經(jīng)成像軟件，從MRI掃描中提取數(shù)據(jù)。這些研究跨越全球和數(shù)十年時間，并囊括了各種不同年齡段的人群。

研究人員從一些簡單的屬性開始，比如灰質(zhì)或白質(zhì)的體積，隨后再擴展到更精細的細節(jié)，比如皮質(zhì)厚度或大腦特定區(qū)域的體積。接著，他們使用了世界衛(wèi)生組織采用的生成曲線圖的框架來構(gòu)建自己的腦圖。

據(jù)估計，他們總共使用了約200萬小時的計算時間，分析了接近1PB的數(shù)據(jù)，也就是約1000000000000000字節(jié)。

與兒科生長曲線圖略有不同，腦圖涵蓋了整個生命周期，從腦部在子宮內(nèi)的發(fā)育一直到老年，從而創(chuàng)造了一種共同語言來描述大腦發(fā)育和成熟的變化。

一張可以初步反映灰質(zhì)變化的腦圖示意。| 圖片來源：Brain Chart

  驚人的增長與萎縮   

腦圖讓研究人員能夠確認一些先前僅僅是假說的發(fā)育里程碑，例如，大腦的主要組織類別在什么年齡階段達到峰值體積，以及大腦的特定區(qū)域在何時達到成熟狀態(tài)。

它讓科學(xué)家能測量腦部非常早期的快速變化，以及隨著我們年齡的增長而帶來的長期而緩慢的衰退過程。

團隊發(fā)現(xiàn)，從妊娠中期開始，灰質(zhì)（腦細胞）的體積迅速增加，并在6歲前達到頂峰，隨后開始慢慢減少。

而白質(zhì)（腦連接）的體積也從妊娠中期到兒童早期迅速增加，并在29歲之前達到頂峰。隨后，在50歲之后，白質(zhì)體積的下降則開始加速。

此外，皮層下的灰質(zhì)體積（控制身體功能和基本行為）則在青春期的14歲半達到頂峰。

科學(xué)家可以利用這些數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)具體的形態(tài)特征，也能觀察到整個腦部的變化趨勢。| 圖片來源：Brain Chart

  應(yīng)用前景  

雖然腦圖已經(jīng)為神經(jīng)科學(xué)研究提供了幫助，但從長遠來看，團隊希望它能作為一種臨床工具使用。這些數(shù)據(jù)集已經(jīng)有大約165個不同的診斷標(biāo)簽，這意味著，研究人員可以看到在阿爾茨海默病等情況下腦部的各種差異。

阿爾茨海默病會導(dǎo)致神經(jīng)退行性變化和腦組織的損失，因此，受這種疾病影響的人與同齡人相比，腦容量可能會降低。但就像人們身高各異一樣，腦部大小同樣存在差異，換句話說，腦部稍小也并不一定說明存在什么問題。然而，從腦圖中卻可以看出，雖然腦部大小會隨著年齡的增長而自然減少，但在阿爾茨海默病患者中卻減少得更快。

團隊表示，目前的腦圖仍處于極初期的階段，但已經(jīng)開始提供了一些有關(guān)大腦發(fā)育的有趣見解。這仍是一項現(xiàn)在進行時的研究，他們在未來希望整合更多數(shù)據(jù)集并進一步完善這些圖表，最終可能成為常規(guī)臨床實踐的一部分。

此外，團隊還希望腦圖變得更能代表所有人口，這還需要收集更多關(guān)于社會經(jīng)濟和種族人類的MRI數(shù)據(jù)。