Normative Brain Development in Chinese Han Population: MRI templates and Growth Charts

作为全世界人口最多的国家，中国缺少基于大样本、针对不同年龄阶段的儿童青少年脑模板，为基于磁共振成像（MRI）技术进行脑发育图像处理和群组水平统计分析提供标准参照空间。本研究基于674 个正常发育的中国汉族学龄儿童青少年的磁共振结构像，构建了以1 岁为间隔的中国汉族儿童青少年标准脑模板。随后，使用了其他两个独立数据集（84 个正常发育的儿童），我们对本研究所构建的各年龄段脑模板进行使用验证，发现：在个体图像配准至标准模板过程中的形变损耗是随年龄变化的函数，形状上表现为U 型曲线，证明了构建分年龄阶段的儿童青少年脑模板的必要性。之后，本研究进一步构建了大脑不同组织体积的生长曲线，发现大脑灰质体积发育近似呈线性缩小，脑脊液体积发育则呈线性增多，白质体积发育表现出了非线性发育模式，峰值出现在12 到13 岁间。基于这一观测，为便于跨多年龄段的儿童脑发育群组研究，本研究分别构建了儿童（6-12 岁）和青少年（13-18岁）的脑模板。基于“中国彩巢计划-成长在中国”的学龄儿童纵向加速队列的静息态功能MRI 样本，本研究构建了儿童青少年大脑皮层功能网络图谱。通过优化功能网络图谱的可重复性，我们在儿童大脑中检测到五个高度可重复的皮层功能网络，而在在青少年大脑中检测到九个高度可重复的皮层功能网络：随着发育进程，额顶控制网络和背侧注意网络开始出现，而边缘网络和默认网络逐渐分离，默认网络内部的子模块出现分离。上述发现提供了分年龄阶段的中国汉族儿童青少年标准脑模板，展示了中国汉族儿童脑生长生长曲线，绘制了儿童青少年大脑皮层功能网络发育图谱，可以为未来儿童青少年的大脑发育监测及其在教育、人工智能和医学的应用提供健康参照。