摘要

一项新研究强调了大脑年龄模型如何追踪健康婴儿的发育并揭示环境因素的影响。研究人员利用来自600多名足月和早产婴儿的MRI数据，训练机器学习模型以预测大脑年龄，并识别预测年龄与实际年龄之间的差距。

这些大脑年龄差距可以表明婴儿的发育是否快于或慢于预期，其中母亲年龄被证明是一个重要的影响因素。研究发现，大脑发育较快的婴儿在认知能力上表现更好，但情绪调节能力较差，这表明遵循正常的发育轨迹可能是最理想的。

关键发现

• 大脑年龄模型：通过结构和功能性MRI数据预测婴儿发育。

• 母亲年龄的影响：母亲年龄与婴儿大脑结构发育的成熟度密切相关。

• 发育速度的双面性：较快的大脑发育有利于认知能力，但可能阻碍情绪调节。

研究背景

人类大脑在孕晚期和出生后的第一年内经历显著发育。尽管科学家已经开始绘制这一早期阶段的发育轨迹，但健康发育的蓝图尚未完全建立。

在这项新研究中，耶鲁大学的研究人员展示了大脑年龄模型在追踪健康大脑发育方面的潜力，并识别了影响发育速度的环境因素。

研究方法

研究团队利用来自英国“发育中人类连接组计划”的600多名足月和早产婴儿的结构和功能性脑部MRI数据，训练机器学习模型以预测婴儿的大脑年龄。

“通常，研究人员仅从结构或功能性成像数据中研究大脑年龄，但在这里我们同时使用了两种数据，”该研究的第一作者、耶鲁大学医学院放射学和生物医学成像系副教授Dustin Scheinost实验室的博士生Huili Sun解释道。“大脑年龄是一个新颖的概念，它将所有高维脑数据汇总为一个对个体有意义的数据。”

研究结果

在测试模型时，研究人员发现，无论是基于全脑数据还是特定脑网络数据，模型都能准确预测婴儿的年龄。

随后，研究人员研究了大脑年龄差距——即婴儿的实际年龄与模型基于脑部图像预测的年龄之间的差异。这些差距可以表明婴儿的发育是否快于或慢于预期。

“我们希望了解哪些因素可能影响大脑年龄差距，”Sun说。“由于脑部图像是在婴儿出生后不久收集的，许多可能起作用的环境因素是在孕期产生影响的。因此，我们研究了母亲的人口统计特征及其是否与大脑年龄差距相关。”

这些人口统计特征包括母亲年龄、教育水平、心理健康史、身体状况和药物使用情况。研究发现，母亲年龄与大脑年龄差距的相关性最强，较高的母亲年龄与足月婴儿大脑结构的更成熟发育相关。

发育速度的双面性

尽管人们可能认为婴儿大脑发育较快是一件好事，但研究人员发现情况并非总是如此。

“我们发现，婴儿期大脑发育较快的孩子在幼儿期认知能力更强，但他们的行为和情绪调节能力较差，”Sun说。“因此，快速发育既有好处也有代价，根据我们的研究结果，遵循正常的发育轨迹可能是最好的。”

未来研究方向

研究人员希望进一步研究婴儿期和幼儿期的大脑年龄轨迹，并更好地了解遗传因素在大脑年龄差距中的作用。

此外，由于本研究的数据来自欧洲，研究人员认为在不同地区和文化的儿童中进行类似的脑发育轨迹研究非常重要。

“大脑年龄和大脑年龄差距是研究婴儿和儿童神经发育的宝贵工具，”Sun说。“能够建立早期生命的正常发育轨迹将有助于识别个体偏离这些轨迹的原因和时间，并可能指出何时以及如何进行干预。”

关于这项研究

• 作者：Fred Mamoun

• 来源：耶鲁大学

• 联系人：Fred Mamoun – 耶鲁大学

• 原始研究：开放获取。“Brain age prediction and deviations from normative trajectories in the neonatal connectome” by Dustin Scheinost et al. Nature Communications