當神經科學家雅各布·塞德利茨上週帶他 15 個月大的兒子去看兒科醫生進行檢查時，他感到不滿意。他的兒子沒有任何問題——根據醫生使用的身高和體重圖表，這個年輕人似乎正以典型的速度發育。塞德利茨感到缺失的是一個等效的指標來衡量他兒子的腦部發育情況。“令人震驚的是，醫生們對這個關鍵器官的生物學資訊知之甚少，” 位於費城賓夕法尼亞大學的塞德利茨說。
很快，他也許能夠改變這種狀況。塞德利茨與同事合作，收集了超過 12 萬張腦部掃描圖——同類中規模最大的集合——建立了首個全面的腦部發育生長圖表。這些圖表直觀地顯示了人類大腦在生命早期快速膨脹，然後隨著年齡的增長而緩慢收縮。這項研究規模龐大，於 4 月 6 日發表在《自然》雜誌上，令神經科學家感到震驚，他們長期以來不得不應對研究中的可重複性問題，部分原因是樣本量小。磁共振成像 (MRI) 費用昂貴，這意味著科學家通常會限制他們可以招募參與實驗的人數。
邁阿密佛羅里達國際大學的認知神經科學家安吉拉·萊爾德說：“他們組裝的大規模資料集非常令人印象深刻，真正為該領域樹立了新標準。”
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即便如此，作者也告誡說，他們的資料集並非完全具有包容性——他們努力從全球所有地區收集腦部掃描圖。他們說，由此產生的圖表因此只是初稿，需要進一步調整才能在臨床環境中部署。
華盛頓大學西雅圖分校的兒科神經科醫生漢娜·圖利說，如果這些圖表最終推廣到兒科醫生那裡，則需要非常謹慎地確保它們不會被誤解。“大腦大並不一定意味著大腦功能良好，”她說。
並非易事
由於每個人的大腦結構差異很大，研究人員不得不彙總大量的掃描圖，以建立具有統計意義的權威生長圖表集。英國劍橋大學的神經科學家、該研究的合著者理查德·伯利恆說，這並非易事。研究人員沒有自己執行數千次掃描，這將花費數十年且成本高昂，而是轉向已經完成的神經影像學研究。
伯利恆和塞德利茨向世界各地的研究人員傳送電子郵件，詢問他們是否願意分享他們的神經影像學資料用於該專案。這對組合收到的回覆數量感到驚訝，他們將此歸因於 COVID-19 大流行，這使得研究人員在實驗室的時間減少，而檢視電子郵件收件箱的時間比平時更多。
該團隊總共彙總了來自 101,457 人的 123,894 張 MRI 掃描圖，這些人涵蓋了從受孕後 16 周的胎兒到 100 歲的成年人。掃描圖包括來自神經正常人的大腦，以及患有各種疾病的人，例如阿爾茨海默病和神經認知差異，包括自閉症譜系障礙。研究人員使用統計模型從影像中提取資訊，並確保掃描圖具有直接可比性，無論使用何種型別的 MRI 機器。
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最終結果是一組按年齡繪製的幾個關鍵大腦指標的圖表。一些指標，例如灰質體積和平均皮質厚度（灰質的寬度）在人的早期發育中達到峰值，而白質（位於大腦深處）的體積往往在 30 歲左右達到峰值（參見“大腦變化”）。關於腦室體積（大腦中腦脊液的量）的資料尤其讓伯利恆感到驚訝。科學家們知道這個體積會隨著年齡的增長而增加，因為它通常與腦萎縮有關，但伯利恆對它在成年後期增長的速度之快感到震驚。
初稿
這項研究緊隨 3 月 16 日發表在《自然》雜誌上的一篇重磅論文之後，該論文顯示，大多數腦成像實驗包含的掃描圖太少，無法可靠地檢測大腦功能和行為之間的聯絡，這意味著他們的結論可能不正確。鑑於這一發現，萊爾德預計該領域將轉向採用類似於塞德利茨和伯利恆使用的框架，以提高統計功效。
聖路易斯華盛頓大學的神經科學家尼科·多森巴赫說，收集如此多的資料集堪比“外交傑作”，他也是 3 月 16 日研究的合著者。他說，研究人員在彙總腦部影像時應按此規模操作。
儘管資料集規模龐大，但塞德利茨、伯利恆及其同事承認，他們的研究存在神經影像學研究中普遍存在的問題——缺乏顯著的多樣性。他們收集的腦部掃描圖主要來自北美和歐洲，並且不成比例地反映了白人、大學年齡、城市和富裕人群。劍橋大學的認知神經科學家莎拉-傑恩·布萊克莫爾說，這限制了研究結果的普遍適用性。該研究僅包括來自南美洲的三個資料集和來自非洲的一個數據集——約佔研究中使用的所有腦部掃描圖的 1%。
萊爾德說，全世界數十億人無法使用 MRI 機器，這使得獲得多樣化的腦成像資料變得困難。但作者們並沒有停止嘗試。他們啟動了一個網站，他們打算在收到更多腦部掃描圖時即時更新他們的生長圖表。
大資料集，責任重大
另一個挑戰是如何正確地感謝用於構建圖表的腦部掃描圖的所有者。一些掃描圖來自開放獲取資料集，但另一些則對研究人員封閉。大多數封閉資料掃描圖尚未以允許將其納入生長圖表的方式進行處理，因此其所有者付出了額外的工作來共享它們。這些科學家隨後被列為論文的作者。
與此同時，開放資料集的所有者僅在論文中獲得引用——對於尋求資金、合作和晉升的研究人員來說，這並不具有那麼高的聲望。塞德利茨、伯利恆及其同事處理了這些資料。伯利恆說，在大多數情況下，基本上沒有與這些資料集的所有者進行直接接觸。該論文列出了約 200 位作者，並引用了數百位貢獻腦部掃描圖的其他人的工作。
資料集可能封閉的原因有很多：例如，為了保護健康資料的隱私，或者因為研究人員沒有資源將其公開。但作者表示，這並不能使那些開放資料集的研究人員沒有獲得作者身份變得公平。他們在論文的補充資訊中辯稱，這種情況“適得其反地抑制了開放科學，因為最努力使其資料公開可用的人可能最不可能獲得認可”。伯利恆和塞德利茨認為，包括《自然》在內的期刊的作者身份指南——其中規定每位作者都應為資料的分析或解釋等做出“實質性貢獻”——是一個障礙。（《自然》的新聞團隊在編輯上獨立於其出版商。）
《自然》發言人回應說，編輯和作者“根據我們的作者身份政策仔細考慮了這個問題”，並且“所有資料集都根據我們的資料引用政策獲得了適當的署名”。
加州大學舊金山分校研究神經發育的社會流行病學家卡婭·勒溫說，最終，這些擔憂可以追溯到科學界如何評估研究人員。她說，包括資助者、期刊和研究機構在內的所有相關利益相關者都有責任重新評估如何才能適當地認可和獎勵腦科學，尤其是在此類大規模研究變得越來越普遍的情況下。
本文經許可轉載，並於 2022 年 4 月 6 日首次發表。