"重庆青少年双生子多模态脑影像与非影像整合数据集：揭示遗传与环境对青春期大脑发育的影响"

研究人员通过重庆青少年双生子研究(CATS)，整合sMRI/rsfMRI/dMRI多模态脑影像与600+项行为问卷数据，系统评估了136名12-19岁双生子大脑结构与功能的遗传度。研究发现感觉网络遗传控制强于认知网络，皮层表面积与语言智力的表型关联主要源于遗传效应，为精神疾病早期生物标志物发现提供了高质量中国人种数据资源。

　　

青春期是大脑发育的关键窗口期，也是精神疾病初发的敏感阶段。这个时期大脑经历着剧烈的结构和功能重组，皮层厚度变薄、突触修剪加速，前额叶等高级认知脑区的成熟度直接影响情绪调节和决策能力。然而，我们至今仍不清楚：这些神经发育变化在多大程度上受基因调控？环境因素又如何塑造大脑可塑性？更棘手的是，中国人群在这方面的基础数据长期匮乏，制约着精准医学策略的制定。

上海科技大学生物医学工程学院的Zhiwei Ma团队联合重庆医科大学附属第一医院等机构，在《Scientific Data》发表了首个中国青少年双生子多模态脑影像数据集。这项重庆青少年双生子研究(CATS)创新性地整合了结构MRI(sMRI)、静息态功能MRI(rsfMRI)和扩散MRI(dMRI)三种成像技术，同时收集了涵盖认知、情绪、家庭环境等18类673项行为指标，构建起遗传与环境影响研究的黄金标准模型——通过比较同卵(MZ)和异卵(DZ)双生子的差异，量化基因与环境的相对贡献。

研究团队采用标准化流程处理多模态数据：使用FreeSurfer提取皮层厚度(CTh)、表面积(SA)等sMRI指标；通过fMRIPrep和XCP-D预处理rsfMRI数据并计算功能连接(RSFC)；借助QSIPrep和TBSS分析白质纤维完整性(FA/MD)。质量控制显示，该数据集在信噪比(SNR=9.21±1.38)、头动控制(平均FD=0.08±0.03mm)等关键指标上优于国际公认的HCP-D数据集。

主要发现包括：

1. 皮层遗传特征：总皮层表面积呈现高度遗传性(h²=0.81)，区域分析发现语言相关皮层的表面积与 verbal intelligence 的关联主要源于遗传效应。

2. 功能网络异质性：感觉运动网络的RSFC遗传度显著高于默认模式网络(DMN)，提示不同功能系统受遗传调控的程度存在差异。

3. 行为维度解析：情绪问题主要受遗传因素影响，而同伴关系问题则更多反映环境作用，这种"基因-环境"的分化模式为个性化干预提供了靶点。

这项研究的突破性在于建立了首个符合BIDS标准的中国青少年脑发育多模态数据库，其独特价值体现在三个方面：首先，双生子设计为厘清"先天-后天"争议提供了天然实验模型；其次，与HCP-D数据的高度相关性(皮层厚度空间相关r=0.89)验证了测量可靠性；更重要的是，18.2%参与者存在睡眠障碍(PSQI>7)等本土化表型数据，为研究中国青少年心理健康问题提供了独特视角。

未来该数据集至少可拓展至三个方向：动态功能连接分析可捕捉脑网络时变特性；结合基因组数据能定位特定基因变异对脑结构的影响；纵向追踪将揭示遗传与环境效应的年龄依赖性变化。正如通讯作者Zhiwei Ma强调的："这个资源库就像解码中国青少年脑发育的罗塞塔石碑，将帮助我们发现精神疾病的早期预警信号"。数据集已在中国科学院脑科学数据中心开放共享，需签署数据使用协议(DUA)获取。