“审视”大脑发育的模型（图）

　　生物通报道：人类、猴子等大型哺乳动物，甚至猫的大脑都稍微带点神秘特征：最外层表面皱褶（folds），弄清这些皱褶的生物学意义将是神经科学的一大突破。最近，由麻省理工、麻省总医院（Massachusetts General Hospital）和哈佛大学医学院的研究人员组成的研究小组，发明出一种工具，能够“查看”大脑皮层中这些皱褶的隆起和凹陷的过程。研究结果刊登于4月《IEEE Transactions on Medical Imaging》。

　　

生物通报道：人类、猴子等大型哺乳动物，甚至猫的大脑都稍微带点神秘特征：最外层表面皱褶（folds），弄清这些皱褶的生物学意义将是神经科学的一大突破。最近，由麻省理工、麻省总医院（Massachusetts General Hospital）和哈佛大学医学院的研究人员组成的研究小组，发明出一种工具，能够“查看”大脑皮层中这些皱褶的隆起和凹陷的过程。

应用电脑图形图像技术处理磁共振（magnetic resonance ，MR）扫描得到的大脑图形，研究人员设计出一套实时跟踪、测量这些皱褶的工具，得到的皮层发育模式可以作为早期诊断孤独症等神经疾病的生物学指标。文章第一作者为HST(Harvard-MIT Division of Health Sciences and Technology)研究生 Peng Yu，研究小组带头人为哈佛大学医学院副教授Bruce Fischl。研究结果刊登于4月《IEEE Transactions on Medical Imaging》。

首先，研究小组对麻省总医院磁共振成像中心儿科放射医学主任Ellen Grant提供的11颗处于发育过程中的大脑进行MR成像。所有扫描样本中，8颗是新生的（绝大多数是妊娠30－40周的早产儿的大脑），另外三颗分别是2岁龄、3岁龄和7岁龄儿童的大脑。事先，Grant已经对这些婴儿和儿童进行了扫描，排除了大脑受伤和神经中枢缺陷的可能，并且Grant向Fischl小组保证分析结构的有效性。

由于不能打开大脑直接肉眼观察，通过MR设备进行观察是一件很酷的事情，这种技术比早期的X射线成像要安全的多。

分析图像的第一步是排列它们共同的解剖学结构，如将运动皮层与体觉皮层分开的折叠结构——“中央沟”（central sulcus）。Yu用Fischl设计的一种技术完成了排列工作。第二步主要是以数学方法模拟大脑皱褶，以便研究人员分析皱褶随时间和空间变化。最初大脑扫描结果经过计算后以点的型式表现出来，每个大脑半球用13万个点表示。Yu将这13万个点进一步省略到对整个结构起关键作用的42个点。通过添加更多的点，她得到了高清晰的皱褶图像。

最后，Yu利用Grant推荐的技术模拟大脑的生长过程，可以鉴别各年龄段皱褶（粗糙或精细）的发育程度和发育速度。她发现粗糙的皱褶如同一团皱纸的最深一道折痕，比细密纹理的皱褶发育的早、发育的慢。

研究人员目前正将这些图象与收集的孤独症患者的大脑图像做比较。“现在，我们似乎对大脑的正常发育方式有了一定了解。下一步是寻找孤独症等疾病中的异常发育与正常发育的皱褶差异。”这种工具还可以用于研究精神分裂症和阿尔茨海莫氏症等神经系统疾病。（生物通记者 小粥）

           

上图：早产婴儿的大脑（提前7周以上），大规模皱褶发育最快。
中图：早产婴儿的大脑（提前2－7周），中等规模皱褶发育最快。
底图：妊娠时间较久的婴儿的和儿童的大脑，精细皱褶在大脑表面发育最快。