用近1000000000000000字节，讲述你一生的故事
用近1000000000000000字节，讲述你一生的故事Original Måka
原理 2022-04-09 05:32
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从15周大的胎儿，到100岁的老人，你一生的故事该如何用科学讲述？
现在，科学家找到了一种新方法，可以构建横跨整个生命周期的一系列脑部变化图表。这些图表直观展示了我们的大脑如何在生命早期迅速增长，并随着年龄的增长而慢慢缩小。
这些脑图（BrainChart）是一个横跨六大洲的研究项目的成果，汇集了可能是有史以来最大的核磁共振（MRI）数据集，包括来自100多项不同研究的近125000份大脑扫描。这项研究朝着填补神经科学研究的一项空白迈出了重要一步。论文已于近日发表在《自然》上。
生长曲线图
两个多世纪以来，儿科保健一直离不开生长曲线表，它们在诊所中随处可见，帮助监测儿童的生长发育。
一张典型的生长曲线表可能会在横轴上绘制年龄，纵轴绘制身高等数据，但它并不只有一条线，而会展示一个范围，从而反映一个人身高、体重或头围等因素的自然变化。
https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_png/tqOuxs8dsHM9yKhEX1npgDyApiaIZcNKxWGWnra2Ydwu7ibqrFqTAWp01xrpQClZYOzPTV5znQdyoLfF84GYwkTA/640?wx_fmt=png一张典型的女性生长曲线表。| 图片来源：CDC
但是，却还没有类似的参考图表来测量人脑中与年龄有关的变化。这正是新研究的目标。
科学家借助大量高质量的MRI数据集，使用标准化的神经成像软件，从MRI扫描中提取数据。这些研究跨越全球和数十年时间，并囊括了各种不同年龄段的人群。
研究人员从一些简单的属性开始，比如灰质或白质的体积，随后再扩展到更精细的细节，比如皮质厚度或大脑特定区域的体积。接着，他们使用了世界卫生组织采用的生成曲线图的框架来构建自己的脑图。
据估计，他们总共使用了约200万小时的计算时间，分析了接近1PB的数据，也就是约1000000000000000字节。
与儿科生长曲线图略有不同，脑图涵盖了整个生命周期，从脑部在子宫内的发育一直到老年，从而创造了一种共同语言来描述大脑发育和成熟的变化。
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惊人的增长与萎缩
脑图让研究人员能够确认一些先前仅仅是假说的发育里程碑，例如，大脑的主要组织类别在什么年龄阶段达到峰值体积，以及大脑的特定区域在何时达到成熟状态。
它让科学家能测量脑部非常早期的快速变化，以及随着我们年龄的增长而带来的长期而缓慢的衰退过程。
团队发现，从妊娠中期开始，灰质（脑细胞）的体积迅速增加，并在6岁前达到顶峰，随后开始慢慢减少。
而白质（脑连接）的体积也从妊娠中期到儿童早期迅速增加，并在29岁之前达到顶峰。随后，在50岁之后，白质体积的下降则开始加速。
此外，皮层下的灰质体积（控制身体功能和基本行为）则在青春期的14岁半达到顶峰。
https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_jpg/tqOuxs8dsHM9yKhEX1npgDyApiaIZcNKxD9LIgyVCsu2hCxFgBnpib7pf90jSmGiaMqYCYWHRRVP6mByic9xx9TUfA/640?wx_fmt=jpeg科学家可以利用这些数据发现具体的形态特征，也能观察到整个脑部的变化趋势。| 图片来源：Brain Chart
应用前景
虽然脑图已经为神经科学研究提供了帮助，但从长远来看，团队希望它能作为一种临床工具使用。这些数据集已经有大约165个不同的诊断标签，这意味着，研究人员可以看到在阿尔茨海默病等情况下脑部的各种差异。
阿尔茨海默病会导致神经退行性变化和脑组织的损失，因此，受这种疾病影响的人与同龄人相比，脑容量可能会降低。但就像人们身高各异一样，脑部大小同样存在差异，换句话说，脑部稍小也并不一定说明存在什么问题。然而，从脑图中却可以看出，虽然脑部大小会随着年龄的增长而自然减少，但在阿尔茨海默病患者中却减少得更快。
团队表示，目前的脑图仍处于极初期的阶段，但已经开始提供了一些有关大脑发育的有趣见解。这仍是一项现在进行时的研究，他们在未来希望整合更多数据集并进一步完善这些图表，最终可能成为常规临床实践的一部分。
此外，团队还希望脑图变得更能代表所有人口，这还需要收集更多关于社会经济和种族人类的MRI数据。
#创作团队：
编译：Måka排版：雯雯
#参考来源：
https://www.cam.ac.uk/stories/BrainChartshttps://www.nature.com/articles/s41586-022-04554-y#图片来源：
封面图&首图：Serkan Goktay/NegativeSpace
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