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基本信息
Title:White matter micro- and macrostructure brain charts for the human lifespan
发表时间:2026-05-13
发表期刊:Nature
影响因子:48.5
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研究背景
大脑靠白质通路在不同区域间传递信息，这些通路的完整性一旦受损，就和很多神经发育、精神疾病以及退行性疾病脱不了干系。但问题是，临床上和研究中一直缺一套类似儿童身高体重曲线那样的白质标准参考值。没有常模，就很难客观判断一个人的白质结构到底算不算正常
过去做脑图表的，大多盯着灰质形态看。白质这边，因为纤维追踪技术复杂、不同中心数据差异大，又缺少大规模协调好的数据集，所以一直没能搞出通路级别的精细常模
实验设计与方法逻辑
研究汇总并协调了全球 50 个队列、共 35,120 名 0–100 岁认知正常个体的扩散 MRI（dMRI）数据。核心方法用了广义可加位置-尺度-形状模型（GAMLSS），对 72 条解剖学定义的白质通路做全生命周期建模，同时估计年龄对位置、尺度和偏度的影响，并校正不同研究间的批次效应
- 分析覆盖了微结构指标（各向异性分数 FA、平均扩散率 MD、轴向扩散率 AD、径向扩散率 RD）和宏观结构指标（通路体积、长度、表面积）
- 在此基础上，提取每条通路特有的发育里程碑，检验“后成熟先衰退”和“增益预测丢失”这些神经生物学假说，再用百分位数评分来量化个体偏离程度
- 最后，通过最大似然估计框架对新数据集做离样（OOS）百分位数评分，并在阿尔茨海默病等临床队列里验证它识别病例-对照差异和结构-认知关联的能力
核心发现
发现一：全脑白质指标呈现非线性、特征依赖的全生命周期轨迹
全脑白质体积在 34 岁达到峰值，FA 在 24 岁达峰，而扩散率指标（MD、RD、AD）的谷值分别出现在大约 40 岁、32 岁和 46 岁。发育早期的变化最快，之后逐渐慢下来
Fig. 1 展示了全脑体积、FA、MD、AD 和 RD 的常模轨迹与速率曲线。从 Fig. 1c 和 Fig. 1e 可以清楚看到，不同指标的峰值或谷值年龄差得很远，而且个体间差异在婴幼儿期和老年期比较大，中年期最小发现二：不同白质通路的发育与衰老轨迹高度异质，宏观结构峰值早于微结构
弓状束、皮质脊髓束这些通路的 FA 和体积达峰年龄差异很明显。宏观结构指标（长度、表面积、体积）的峰值普遍比微结构指标来得早
用 RD 作为髓鞘敏感指标来看，投射纤维（比如皮质脊髓束）的髓鞘化早于联络纤维（比如钩束），这和经典组织学的发现一致。另外，研究没有支持“后成熟先衰退”假说，但发现青春期体积增长越猛的通路，到老年期萎缩也越厉害，这印证了“增益预测丢失”假说
Fig. 2 和 Fig. 3 分别展示了五条代表性通路的 FA 和体积轨迹，Fig. 4a 进一步量化了通路特异性里程碑。Fig. 4b,c 的 RD 分段建模显示，在体髓鞘化波次遵循从投射系统到联络系统的先后顺序发现三：基于常模的个体化百分位数评分能敏感量化神经精神疾病中的白质偏离
轻度认知障碍（MCI）和阿尔茨海默病组的标准化百分位马氏距离（nCMD）明显高于对照组，并且在多条通路上表现出广泛的 FA 降低、体积减小和扩散率升高。这个框架可以推广到新的外部数据集，对阿尔茨海默病患者的白质偏离做出准确评估，还发现特定通路 FA 百分位数与执行功能显著相关
Fig. 5 的热图揭示了 MCI 和阿尔茨海默病在多条通路上的广泛偏离模式。Fig. 6 验证了离样百分位数评分框架的有效性，显示对齐后的新数据集可以复现病例-对照差异，并建立结构-认知关联
省流总结
这项研究为人类大脑白质建立了一套覆盖 0–100 岁的标准化参考图表，涵盖 72 条通路的微结构与宏观结构指标。它揭示了不同白质通路在发育、成熟和衰老中轨迹和里程碑的高度异质性，并证明这个框架可以用来量化个体在多种神经精神疾病中的结构偏离。需要注意，常模是基于横断面数据构建的，目前不适用于临床个体诊断，而且数据集在地域和族裔上存在偏倚
分享人：天天
审核：PsyBrain 脑心前沿编辑部
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