《Translational Psychiatry》：Using multimodal cortical parcellations to identify novel regions of the human cerebral cortex associated with cognitive performance
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本研究针对传统脑图谱分区粗糙限制认知性能相关皮层区域精细定位的问题，利用人类连接组计划多模态分区(HCP-MMP)图谱将大脑皮层划分为180个区域/半球，通过大规模全基因组关联分析(GWAS)发现岛叶、扣带回和腹内侧前额叶等新区域与认知性能存在广泛遗传重叠，首次揭示了认知性能的皮层遗传模式完全沿感觉运动-联合(S-A)轴分布，为理解大脑皮层结构与高级认知功能的遗传机制提供了新视角。
人类大脑皮层如同一个布满沟回的神秘地图，这些复杂的褶皱结构是高级认知功能的基础。然而长期以来，科学家们对大脑皮层与认知能力关系的理解始终存在盲区——传统脑图谱如Brodmann分区(52区/半球)和Desikan-Killiany图谱(34区/半球)分区粗糙，未能精细刻画与高阶认知相关的联合皮层区域，更缺乏多模态神经影像特征的综合考量。这导致我们无法精确回答：哪些特定皮层区域的结构特征决定了人类的认知表现？认知能力与大脑结构之间究竟是"谁因谁果"？
近期发表于《Translational Psychiatry》的研究突破了这一瓶颈。哈尔滨工业大学邱世正团队利用人类连接组计划多模态分区(HCP-MMP)这一革命性脑图谱，将大脑皮层精细划分为180个区域/半球，首次在遗传层面系统揭示了认知性能与大脑皮层结构之间的内在联系。
研究的关键技术方法包括：利用来自英国生物样本库和ABCD研究的36,843例样本的磁共振成像(MRI)数据，通过HCP-MMP图谱计算皮层表面积、厚度、体积和局部回化指数(LGI)等指标；采用连锁不平衡评分回归(LDSR)分析认知性能(N=257,828)与皮层表型的遗传相关性；通过孟德尔随机化(MR)验证因果关系；使用联合错误发现率(conjFDR)识别共享遗传位点；运用稀疏典型相关分析(sCCA)探索皮层遗传模式与感觉运动-联合(S-A)轴的关系。
遗传相关性分析显示：
通过双变量LDSR分析，研究人员发现全局皮层表面积(rg=0.222)、体积(rg=0.235)和LGI(rg=0.098)均与认知性能呈显著正相关，而皮层厚度未显示显著关联。在区域层面，161个皮层区域的表面积、134个区域的体积以及34个区域的LGI与认知性能显著相关。值得注意的是，前扣带回、背外侧前额叶等高级认知功能相关区域的皮层厚度反而与认知性能呈负相关。
双向因果关系验证：
孟德尔随机化分析证实了皮层表面积、体积和LGI与认知性能之间存在双向因果关系。具体而言，更大的皮层表面积(β=0.144)、体积(β=0.181)和LGI(β=0.088)会导致更高的认知性能，反之亦然。区域分析发现，岛叶、感觉运动皮层、背外侧前额叶等83个区域的表面积和60个区域的体积与认知性能存在双向因果关联。
共享遗传位点鉴定：
通过conjFDR分析，研究团队鉴定出18个全局皮层表型与认知性能的共享位点，以及312个区域皮层表型与认知性能的共享位点。其中rs768023(FOXO3)位点显示最强关联(conjFDR=1E-09)，而rs56192752(PLEKHM1)位点与四种皮层表型均存在关联。这些位点主要富集在神经元发育、细胞生长和神经元死亡等生物学过程。
皮层模式与S-A轴对应：
研究发现认知性能的皮层遗传模式与感觉运动-联合(S-A)轴的解剖、功能和进化层次结构高度一致(r=0.344)。认知性能的遗传模式在功能层次上载荷最高(G1.fMRI=0.998)，表明联合皮层在认知功能遗传架构中的核心地位。
功能注释揭示机制：
功能注释显示，共享SNP位点主要位于基因调控区域，如rs6445538位点调控ITIH4基因在多个脑区的表达。富集分析表明，这些遗传位点参与神经元发育、突触形成和细胞凋亡等关键生物学过程。
这项研究突破了传统脑图谱的局限，首次在精细分区层面系统描绘了认知性能与大脑皮层的遗传联系。研究发现不仅证实了脑可塑性理论，还揭示了认知相关皮层的遗传架构完全遵循感觉运动-联合轴的组织原则。特别值得关注的是，研究发现了岛叶、前额叶等众多新型认知相关区域，这些区域在传统粗粒度分区研究中容易被忽略。rs56192752等多效性位点的发现，为理解基因通过调控不同脑区结构影响认知的复杂机制提供了新线索。
研究的局限性在于使用了左右半球平均值，可能忽略了脑不对称性的影响；此外，ABCD队列中包含的儿童样本正处于神经发育关键期，可能影响皮层厚度与认知性能的相关性方向。未来需要更多纵向研究来验证这些发现。
这项工作为理解大脑皮层结构与认知功能的遗传基础建立了新范式，不仅为脑科学领域提供了宝贵资源，也为认知障碍疾病的机制研究和早期诊断提供了新思路。通过将遗传学与多模态脑成像在精细分区水平深度融合，我们向着解开"大脑如何产生思维"这一终极谜题迈出了重要一步。
