研究人员在美国南加州大学(USC)凯克医学院的USC马克和玛丽·史蒂文斯神经影像与信息学研究所(Stevens INI)创建了有史以来最大的人类大脑参考模型之一，利用来自54,000多人的弥散MRI扫描数据，绘制了大脑通信通路在整个生命周期中的发育、成熟和衰退图谱。
这项发表在《自然通讯》(Nature Communications)上的研究为大脑白质——允许大脑区域之间进行通信的庞大神经线路网络——提供了相当于"生长图表"的参考标准。
这项新工具为研究人员提供了一种新方法，可以检测与衰老、阿尔茨海默病、精神分裂症风险以及其他神经和精神疾病相关的微妙模式。论文题为"大脑微结构的生命周期规范建模"。
"正如儿科生长图表帮助临床医生确定儿童的身高或体重是否按预期发育一样，这些大脑图表为大脑神经通路在整个生命周期中的典型变化提供了参考，"Stevens INI的博士后研究员、该研究的第一作者Julio E. Villalón-Reina博士说。
"这为我们提供了一种强大的新方法，可以识别个体大脑布线何时超出预期范围。"
弥散MRI如何揭示大脑布线
白质对于大脑各部分之间的高效通信至关重要。为了研究它，研究团队使用了弥散MRI，这是一种追踪水分子如何通过脑组织移动的成像方法。由于水分子运动受到神经纤维和髓鞘（包裹在神经纤维周围的保护层）等微观特征的影响，弥散MRI可以揭示标准脑扫描中不可见的组织结构细微变化。
在汇总了来自19个国际数据集的54,583个人的弥散MRI数据后，研究人员为大脑神经通路——连接大脑不同区域并使它们能够通信的神经纤维网络——构建了统计"生长和衰退图表"。
研究人员关注了21个主要脑区域的白质微结构的四种广泛使用的测量指标。通过建模这些指标如何随年龄和性别变化，他们生成了生命周期曲线和百分位范围，显示了不同生命阶段的典型情况。
跨越生命周期的独特轨迹
研究结果表明，白质遵循独特的发育和衰老轨迹，某些指标在成年早期达到成熟峰值，而其他指标则在中年后期达到峰值。
"大脑发育和大脑老化并不是均匀的过程，"Villalón-Reina说。"大脑的神经通路在不同的时间线上成熟，有些比其他更容易衰退。我们的模型通过合并真正全球规模的数据揭示了这一结构。"
研究团队还发现了关于脑老化长期理论的证据，有时被称为"最后发育的最先衰退"。根据这一理论，在儿童和青少年时期最后发育的大脑通路往往在老年时期更容易衰退。
研究人员观察到，成熟较晚的白质区域确实在老年时期衰退更快，为理解脑发育与老化之间的联系提供了新见解。
临床应用与个性化见解
为了展示该模型的实际价值，研究人员将其应用于轻度认知障碍、痴呆症和22q11.2缺失综合征（一种增加精神分裂症风险的遗传疾病）患者的临床数据集。在每种情况下，该模型都识别出大脑回路中偏离年龄预期标准的异常。
重要的是，这些异常在相同诊断的个体中并不完全相同，突显了个性化方法的价值。
"这项宏大的研究花了七年时间才完成，"Stevens INI副主任、该研究的资深作者Paul M. Thompson博士说。
"数据的庞大规模和所评估的大脑特征的精细程度意味着我们现在可以将您的神经通路与其他同龄、同性别和相同人口统计学特征的人进行比较。我们可以看到您的大脑与同龄、同性别人群的预期相比有何不同，这为我们提供了一种工具，可用于数十种脑疾病的治疗临床试验。"
比较疾病并指导治疗
当应用于痴呆症和轻度认知障碍患者时，该模型检测到涉及记忆和区域间通信的大脑区域中存在非典型的白质模式。
对于22q11.2缺失综合征患者，该模型识别出多个关键神经通路的异常，帮助研究人员发现哪些脑系统发育不同。参考图表还可能帮助研究人员评估治疗效果，通过追踪个人白质测量值是否更接近预期范围，或者治疗是否减缓了随时间偏离健康模式的进程。
这些图表现在将用于比较30多种脑疾病和状况，为研究不同疾病如何出现、进展以及对干预的反应提供了一个共同的框架。
全球研究的共享资源
这些模型也是一个可公开获取的资源，随着更多脑成像数据的可用，可以进一步扩展。这些方法目前正在通过提供整个生命周期中白质微结构的共同参考标准，用于研究神经、精神和神经发育障碍。
"这项研究展示了大规模国际数据共享的力量，可以创建整个研究界都能使用的工具，"USC的Stevens INI主任、教务长教授Arthur W. Toga博士说。
"通过为大脑通信通路建立生命周期框架，这项工作开辟了新的机会，可以检测细微的疾病相关变化，更严格地比较不同状况，并朝着对大脑健康的更个性化理解迈进。"
出版详情
Julio E. Villalón-Reina等人，Lifespan normative modeling of brain microstructure，《自然通讯》(2026)。DOI: 10.1038/s41467-026-72875-x
期刊信息：《自然通讯》
关键医学概念
- 大脑白质(Cerebral White Matter)
- 弥散磁共振成像(Diffusion Magnetic Resonance Imaging)
- 阿尔茨海默病(Alzheimer's Disease)
- 22q11.2缺失综合征(22q11.2 deletion syndrome)
- 轻度认知障碍(Mild Cognitive Impairment)
临床类别
- 神经学(Neurology)
- 诊断放射学(Diagnostic radiology)
提供方：USC凯克医学院
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