国家基础学科公共科学数据中心“中国活体人脑数据库”助力国际人脑图表联盟在《自然》发文揭示人脑毕生发展里程碑

2022-04-07阅读 162 锐共享我要关注

生长发育图表（growth chart）是公共卫生与健康领域的重要工具，它不仅可以揭示儿童发育（如身高体重）的一般规律，为生长发育（如营养摄入情况）评估提供健康参考，而且也可以为各类发育障碍发出预警信号，用于辅助诊断相关疾病，在家庭养育和临床实践中被广泛应用。然而与衡量儿童身高、体重等身体特质的生长图表相比，目前还没有可用于量化大脑成熟与老化的图表参考标准，主要瓶颈是大型脑数据库的缺乏。2022年4月6日，国家基础学科公共科学数据中心“中国活体人脑数据共享数据库”参与组建国际人脑图表联盟（图1），通过汇集来自全球200余家单位的超过10万名志愿者近13万次磁共振脑影像数据，绘制了人类大脑毕生发展的图表常模，首次揭示了人脑毕生发展的里程碑。

文章链接：

https://www.nature.com/articles/d41586-022-00971-1。

图1 国际人脑图表联盟

正是上述脑影像大规模数据的支撑，使研究团队得以开展自适应的统计学建模，勾绘出史无前例的高精里程碑图谱（图2）：人类脑皮层总面积与总容量表现出类似的生命周期发展轨迹，两者均在11-12岁时达到峰值；相比之下，皮层厚度则在1.7岁时就达到峰值，而不同区域的神经发育轨迹的峰值存在显著的区域差异，与5.9岁时灰质容量达到峰值相比，不同皮层区域的灰质容量达到峰值的年龄变化很大，区域之间从2岁到10岁不等，初级感觉区域达到容量峰值最早，而额颞联合皮层区域达到容量峰值较晚；总体而言，成熟较早的腹侧-尾侧区域皮层的容量峰后下降速度较快，而成熟较晚的背侧-喙侧皮层的容量峰后下降速度较慢，这一分布格局再现了与大脑结构和功能密切相关的“基础感知觉-联合皮层”梯度。

图2人脑皮层神经影像毕生发展轨迹的区域化差异

国际顶级科学期刊《自然》在线发表了这一里程碑[1]，并以“神经科学：人脑发展参照图表”为题总结这一里程碑，称“这些通过分析全球十万余人脑扫描而构绘的图表，未来可为辅助各年龄段脑健康和脑疾病诊断的数字化测评。”在展望这一成果在未来转化应用潜力的同时，研究团队也强调“这些脑图表离将来被应用于临床实践，尚需要进行系统化研究来充分验证其效用”。期中被突出的验证因素之一就是数据潜在的代表性偏差，该数据库来源多来自欧洲和北美，地域和文化多样性对解决样本偏差挑战至关重要。国家基础学科数据中心所建设的“中国活体人脑数据库”，深度参与了这一大型团队化开放式的脑科学研究，贡献了“中国彩巢计划-成长在中国”(CCNP)[2,3]等大数据，增强了其所研发脑图表的代表性。

“中国活体人脑数据库”是国家基础学科数据中心重点推进并面向国际科学前沿的数据库，不仅汇集了各年龄段的脑成像大数据，而且在其智能化信息处理及技术和平台研发上也取得了进展，支撑了发展群体神经科学的科学前沿。面向科学研究领域的可重复性挑战，中心在开放式平台和数据资源上的积累，无缝地契合了人脑发展图表这一全球开放合作的开放科学研究新范式，助力脑科学解决可重复性挑战，迈向”大科学时代”。国际人脑图表联盟已在网站（http://www.brainchart.io）共享了人脑毕生发展图表里程碑相关所有资源（图3）。

图3 人脑毕生发展图表在线资源：交互式建模与评估程序

《Nature》当日网站头条报道了这一研究（图4）[4]，指出“如此海量的数据集能够被汇集到一起，是一件极为了不起的事情，无疑将为该领域设定新标准”，而伴随大数据而出现的各类问题也非常有挑战性，比如应该如何对脑成像扫描数据持有者给予恰当的认可？有些数据来源于已经公开共享的数据集，而其他的数据集却没有共享，这些数据尚未被处理而用于脑生长图表研究，因此必须进行额外的数据处理，这些研究人员被列为了作者。与此同时，开放数据集的持有方只被引用了一下，这对于他们申请基金、合作与职位晋升等并没有多大用处。为此Nature专门刊出编者按[5]强调“认可开放数据的时刻已到！”，除非科研系统认可数据共享像认可论文一样，否则开放数据革命不会发生[5]。

图4 Nature网站头条总结人脑毕生发展里程碑研究

参考文献

[1] Brain charts for the human lifespan (2022) Nature, doi:10.1038/s41586-022-04554-y.

[2] 3R-BRAIN: https://www.scidb.cn/en/list?searchList=Xi-Nian%20Zuo.

[3] Chinese Color Nest Project: An accelerated longitudinal brain-mind cohort (2021) Developmental Cognitive Neuroscience, 52:101020.

[4] Your brain expands and shrinks over time — these charts show how (2022) Nature, doi: 10.1038/d41586-022-00971-1.

[5] Editorial: Time to recognize authorship of open data (2022) Nature, doi: 10.1038/d41586-022-00921-x.

（来源：国家基础学科公共科学数据中心）

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