PNAS绘制了发育中的大脑皮层的新地图

在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences)网站上报道的新皮质发育图谱，为进一步研究大脑发育提供了宝贵的资源，并为研究自闭症和精神分裂症等大脑发育状况提供了强有力的新方法。

　　

   

   

图:大脑皮层表面用三角形网格表示。每个顶点的表面积(例如，红色的点)是它的一环邻接三角形(红色的六边形)总面积的三分之一。    

北卡罗来纳大学医学院的科学家们以前所未有的分辨率绘制了年轻人类大脑皮层的表面，揭示了从出生前两个月到出生后两年内关键功能区域的发展。

新的皮质发育地图为进一步研究大脑发育提供了宝贵的资源，并为研究自闭症和精神分裂症等大脑发育状况提供了强有力的新方法。

“这些结果为探索和理解早期大脑发育的动力学提供了重要的参考，”研究的高级作者、北卡罗来纳大学医学院放射学副教授Gang Li博士说。

大脑皮层是一层包裹着大脑大部分其他部分的脑细胞。这是进化最先进的大脑区域，人类的大脑区域比其他哺乳动物的大，负责更高的、独特的人类功能，包括语言能力和抽象推理。

妊娠晚期到生命的前两年是皮质发育最活跃的时期。在此期间，大脑皮层明显增厚，并通过形成复杂的皮层褶皱，以更快的速度增长表面积。

这一阶段皮层增厚和扩张的中断与自闭症和精神分裂症有关。然而，神经科学家还没有像他们希望的那样详细地了解这个发育阶段。特别是，他们需要更全面、高分辨率的胎儿到幼儿的地图，将发育中的大脑皮层按照各自的生长速度(尤其是表面积生长速度)划分或“分割”成不同的区域。

在这项研究中，Gang Li和他的同事们绘制了这样一幅地图。他们首先收集了一组1037张高质量的磁共振成像(MRI)扫描图，这些图记录了孕晚期到两岁之间的婴儿。这些扫描来自另外两个研究项目，北卡罗来纳大学/UMN婴儿连接组项目(BCP)和发展中的人类连接组项目。该团队使用最先进的、基于计算机的图像处理方法分析了扫描数据，本质上是将皮层表面划分为一个包含数千个微小圆形区域的虚拟网格，并计算每个区域的表面膨胀率。

这项分析一开始并没有假设大脑结构或功能区域的位置，但从得出的地图来看，大脑的区域化变得很明显，这仅仅是基于大脑表面区域扩张的不同速度。研究人员总共确定了18个不同的区域，他们发现这些区域与我们已知的发育皮层功能区域非常相关。

“所有这些区域在这个发育窗口期都显示出表面积的急剧扩大，每个区域都有不同的轨迹。”

这些地图显示，每个区域与大脑皮层的另一个半球的对应区域往往具有相同的发展路径。性别差异也很明显。即使在控制整体表面积的性别差异时——男性大脑的面积更大——多个区域仍然存在差异。例如，男性大脑左半球的内侧前额叶区域，被认为承载着注意力和工作记忆等重要功能，在出生后第二年的早期就按比例增大了。

分析还表明，在生命的早期阶段，大脑皮层表面积扩大的模式与大脑皮层厚度发展的模式非常不同，这表明这两种大脑发育措施涉及不同的机制。

总而言之，该图谱为大脑发育提供了基本的新见解。

他和他的团队现在计划用MRI扫描数据集扩展这种方法，从更早的年龄开始，到更老的年龄结束。他们还希望最终研究涵盖自闭症谱系或其他神经发育疾病儿童的扫描数据集。这样的分析不仅可以提供这些疾病起源的线索，还可以识别早期迹象或生物标志物，在未来可以用于进行早期和更有效的治疗。

文章标题

Mapping developmental regionalization and patterns of cortical surface area from 29 post-menstrual weeks to 2 years of age