大脑皮质表面由三角形网格表示。每个顶点（例如，红色点）的表面积是其一环相邻三角形（红色六边形）的总表面积的三分之一。图片来源：美国北卡罗来纳大学医学院

北卡罗来纳大学医学院的科学家以前所未有的分辨率绘制了年轻人类大脑皮层的表面，揭示了从出生前两个月到出生后两年关键功能区的发展。

《美国国家科学院院刊》在线报道的新的大脑皮层发育图为进一步研究大脑发育提供了宝贵的资源，并为研究自闭症和精神分裂症等大脑发育状况提供了一种强有力的新方法。

“这些结果为探索和理解早期大脑发育的动力学提供了重要参考，”该研究的资深作者、北卡罗来纳大学医学院放射学副教授李刚博士说。这项研究的第一位作者是黄莹，他是李实验室的博士生。

大脑皮层是一层大脑细胞，包裹着大脑的大部分其他部分。它是进化上最先进的大脑区域，与其他哺乳动物相比，人类的大脑区域比例更大，负责更高的、独特的人类功能，包括语言能力和抽象推理。

怀孕的最后3个月到生命诞生后的头两年是皮质发育最活跃的时期。在此期间，皮层明显变厚，通过形成复杂的皮层褶皱，其表面积以更快的速度增长。

这一阶段皮质增厚和扩张的破坏与自闭症和精神分裂症有关。然而，神经科学家并没能像他们希望的那样详细了解这个发育阶段。特别是，他们需要更全面、更高分辨率的映射，跨越胎儿到幼儿的年龄范围，将发育中的皮层划分成具有自己增长率的不同区域，尤其是表面积增长率。

研究人员首先收集了一组1037份高质量磁共振成像扫描图像，这些扫描图像来自孕晚期到两岁之间的婴儿。研究团队使用最先进的计算机图像处理方法分析扫描数据，将皮质表面划分为包含数千个微小圆形区域的虚拟网格，并计算每个区域的表面膨胀率。

这项分析并不是从大脑结构或功能区域的位置开始的，但大脑的这种区域化从最终的地图中变得明显，仅仅基于表面区域扩张的不同速率。总之，研究人员定义了18个不同的区域，他们发现这些区域与发育中的大脑皮层功能区的已知区域非常相关。

“所有这些区域在这个发展窗口期间都显示出表面积的急剧扩张，每个区域都有不同的轨迹，”李先生说。

这些地图显示，每个区域的发育路径与大脑皮层对侧半球的对应区域相同。性别差异也很明显。即使在控制总表面积的性别差异——男性大脑面积更大——多个区域仍存在差异。例如，左半球的内侧前额叶区域被认为是注意力和工作记忆等重要功能的宿主，在男性出生后第二年早期，该区域就成比例地变大。

分析还表明，在生命的早期，大脑皮层表面积的扩展模式与大脑皮层厚度的发展模式非常不同，这表明这两种大脑发育指标涉及不同的机制。

他和他的团队现在计划用MRI扫描数据集扩展这种方法，这些数据集从早期开始，到老年结束。研究人员希望，最终研究涵盖患有自闭症或其他神经发育状况的儿童扫描数据集。这样的分析不仅可提供疾病起源的线索，还可以提供早期迹象或生物标志物的识别，未来可用于进行更有效的治疗。

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