Nature：标准胎儿大脑成熟地图集发布

近日，Ana I. L. Namburete等人提出了一个胎儿大脑成熟的数字地图集，基于健康孕妇的数据，并精确记录了其妊娠前三月至2岁儿童的发育。这个地图集依托1059份高质量三维超声数据，899名胎儿的分析结果，结构上与MRI图像相符，但在深灰质区域展示了更细致的解剖。这一成熟基准，经过1295名胎儿1487个大脑体积的验证，为正常生长的婴儿提供了宝贵的参考。

他们的成果发表在最新一期的Nature杂志上，名为“Normative spatiotemporal fetal brain maturation with satisfactory development at 2 years”

构建人类胎儿大脑空间图至关重要，可关联结构与功能。超声波成像广泛应用于早期妊娠，现可产生3D图像。作者将超声图像与胎龄、大脑成熟度相关联，定量了皮层及其下灰质的体积增长，并描述了五个2D超声衍生的颅骨生长轨迹。他们计划构建一个基于健康胎儿的大脑成熟图谱。利用大规模、国际、人群基础数据与深度学习，作者介绍了宫内大脑解剖学的四维（3D+时间）动态图谱。

1.标准胎儿大脑成熟地图集

基于八个国际站点的数据集，构建了一个美国体积图像模板，亚毫米级精确反映了14至31周胎儿大脑的发育（图1a-b）。通过分析899个妊娠期准确的胎儿1059个高清3D数据，描绘了各个发育阶段。不同点对图集贡献由图像质量决定，空间分辨率高（0.6mm³），能展现妊娠期大脑层结构（图1c-d）。CoP（cortical plate）自16周起折叠，心室区等结构清晰（图1c）。

作者针对21至31周胎龄基于MRI的人类胎儿大脑成熟地图，展现了特定时期大脑结构。由于MRI与超声模式在脑组织互动上有所不同，直接对比二者的图像强度是不现实的。然而，图2表明，不同模式下的组织边界清晰可辨，且在同龄模板中具备形状和空间的对比性。核磁共振能精准分辨亚板和中间区，而超声则在分离某些结构（如丘脑核）时更为清楚。此外，超声能识别通常只在MRI中可见的潜在白质纤维束。

2.跨站点的形态变异性

为评估八个研究站点图像数据的有效性，本研究采用了方差成分分析与标准化的平均站点差异两种策略。分析表明，结构性脑体积总变异中仅有1.3%至7.9%源自站点间差异。此结果与FGLS和世界卫生组织儿童生长标准研究相吻合（图3）。进一步计算了各站点体积测量的标准化差异显示，96个SSD比较中有92个处于推荐范围内，只有极少数例外。

分析发现，妊娠周数增加，形态多样性增强，结构差异的成分数目上升。通过主成分分析揭示了潜在的差异因素，发现前三个因素捕获了最大差异份额，反映了妊娠期间人群的宏观规模和局部形态差异。

3.成熟时间表

为揭示大脑成熟动态，作者分析孕期每两周内特定脑区的时间变化（图4）。利用校正后的三维形变场，揭示局部扩展与收缩。孕14至19周，大脑宏观结构动态变化，尤以ChPV收缩最为显著。孕20至31周，岛层及其周边皮质区，关键于语言发展，变化显著。通过检查Desikan-Killiany地图集分割的34个皮层区，孕20至31周的分区变异显现。研究显示，INS等区域逐渐扩大，与Broca区发展相关的皮层部分持续变化。

4.时空不对称

利用体积差异和体素分析探究胎儿大脑发育的非对称性（图5）。分析表明，从怀孕第14周起，胎儿大脑左半球的体积开始超过右半球，且这种差异随孕周增长而逐渐减小。进一步的区域分析揭示了脑区特定的非对称性，如Broca区域，在妊娠中后期显示右侧优势。

5.胎儿大脑生长模式

在孕14至31周间（图6），胎儿总脑体积（TBV）呈13倍单调增长，与“国际生长参照标准”的头围中位数高度一致，显示出显著正相关。脑室体积增长近乎线性，与之前基于二维测量的研究相符。随着胎龄增长，胎盘血液体积和胎盘动脉体积均呈二次方增长模式，符合早期MRI研究。ChPV的比例从平均0.82减至0.7 mm³，孕14周时占TBV的8.3%，至30周时降至约0.4%，这种减少仅见于侧脑室。整个孕中期左右半球无显著差异，均匀增长。

总结

作者的地图集揭示了标准胎儿群体从孕前三月至两岁大脑成熟的时空模式，为研究胎儿期神经发育障碍提供了新视角。本研究标定了怀孕前20周大脑发展过程，有助于识别怀孕关键期脱离正常成熟轨迹的情况，并深入探讨可能改变胎儿大脑成熟、影响儿童认知功能的因素。