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本文聚焦新生儿大脑皮质缩放规律。通过对 345 名正常发育婴儿、73 名早产儿和 107 名先天性心脏病（CHD）婴儿的研究，发现正常新生儿遵循皮质折叠缩放定律，CHD 影响整体皮质生长，早产儿则皮质折叠和形状改变，且早产儿形状特征与早期认知相关。
### 研究背景与目的
在人类妊娠晚期和出生后早期，大脑皮质经历快速的体积扩张和褶皱形成。皮质厚度（CT）和表面积（SA）是反映皮质发育的两个重要形态学指标，它们各自具有独特的时空发育模式、遗传影响和神经发育状况特征。理论推导的缩放定律可描述哺乳动物和成年人类大脑体积与皮质褶皱之间的非线性关系，但在新生儿大脑，尤其是正常和病理发育情况下，这些缩放定律是否适用尚未完全明确。
本研究旨在利用发育中的人类连接组项目（dHCP）的 MRI 数据，刻画正常新生儿大脑的缩放系数及多变量形态学指标，并探究其与性别、胎龄（GA）、扫描时的月经后年龄（PMA）和多胞胎出生的关系；评估先天性心脏病（CHD）和早产这两种不良发育状况对皮质缩放和多变量形态学的影响；研究缩放或多变量形态学与典型和临床人群幼儿神经发育结局的关联。
研究方法
- 伦理审批与受试者招募：研究获得英国国家研究伦理服务机构批准，所有受试者父母均签署知情同意书。正常对照组和早产儿数据来自 dHCP 第三次新生儿数据发布，正常对照组排除 GA<37 周、入住新生儿重症监护病房等情况；早产儿为 23 - 32+6 周出生，排除无≥37 周 PMA 的脑部 MRI 等情况。CHD 患儿从伦敦圣托马斯医院招募，需在出生后 1 年内接受心脏导管插入术或手术，排除出生 < 37 周等情况。
- MRI 数据采集与处理：使用飞利浦 3 特斯拉系统在新生儿自然睡眠时采集 T2 加权多切片涡轮自旋回波扫描数据，经专用算法重建。之后用 dHCP 结构管道对数据进行处理，计算出幕上脑体积、CT、总 SA、暴露 SA 等指标。
- 神经发育评估：邀请婴儿在接近 18 个月（dHCP）或 22 个月（CHD）校正年龄时进行贝利婴幼儿发展量表第三版评估，获得认知、语言和运动综合评分。同时收集父母问卷信息，计算社会经济地位指标（IMD）。
- 统计分析：运用 R v.4.4.0 软件进行分析。通过线性回归计算缩放系数，使用置换检验评估变量影响，采用霍尔姆家族错误率校正进行多重比较。
研究结果
- 缩放系数和多变量形态学差异：正常发育婴儿的皮质折叠缩放系数（α [95% CI] 1.26 [1.21 - 1.30]）与成年和跨物种系数 1.25 无显著差异；总 SA 缩放系数（0.873 [0.830 - 0.914]）与理论系数 2/3 不同，但与正常成年样本系数无显著差异；CT 缩放系数（0.087 [0.040 - 0.132]）与理论和成年系数均显著不同。
早产儿皮质折叠缩放系数（α [95% CI] 1.41 [1.30 - 1.51]）显著高于正常对照组和 CHD 患儿；CHD 患儿的皮质折叠缩放系数（1.18 [1.08 - 1.28]）与正常对照组无显著差异。
CHD 患儿的多变量形态学等距项低于正常对照组和早产儿；早产儿的偏移项和形状项与正常对照组差异显著，且偏移项在早产儿和 CHD 患儿间也有显著差异。此外，GA、出生体重 z 评分等因素与多变量形态学部分指标存在关联。
2. 多变量形状与认知能力的关系：对部分婴儿进行贝利婴幼儿发展量表评估后发现，正常发育婴儿的偏差 z 评分与神经发育结局无显著关联。但在预测认知综合评分时，组间和形状项偏差 z 评分存在显著交互作用，形状项 z 评分可预测早产儿认知评分，对正常对照组和 CHD 患儿则无此作用。
3. 个体皮质指标分析：早产儿的 SA、脑回化指数（GI）低于正常对照组，CT 高于正常对照组；CHD 患儿的总皮质 SA、GI 和幕上脑体积低于正常对照组，且 GI 和 CT 低于早产儿。在早产儿中，CT 与语言评分相关，其他个体皮质指标与结局指标无明显关联。
研究讨论
- 正常新生儿大脑的缩放规律：正常新生儿大脑遵循与儿童、成人及其他哺乳动物大脑相同的皮质折叠缩放定律，这表明在正常分娩时，新生儿大脑在皮质折叠和 SA 方面与成人遵循相同缩放关系，可能反映了生物保守的折叠机制。而新生儿 CT 缩放系数高于成人，体现了儿童早期 CT 独特的发育轨迹。
- 早产儿大脑的变化及机制：早产儿皮质折叠缩放系数与正常对照组和理论预测值显著不同，偏移项也明显降低。这可能与早产儿潜在的白质连接改变有关，且说明早产儿皮质发育改变并非源于神经元数量减少。此外，早产儿多变量形状项较低，却与早期儿童认知能力呈正相关，可能是一种适应性过程。
- CHD 患儿大脑的特征及影响因素：CHD 患儿多变量等距项显著低于正常对照组，反映出其 CT、总 SA 和暴露 SA 较小，但缩放系数、偏移项和形状项无明显差异。CHD 导致的慢性营养供应不足影响大脑发育，等距项与大脑氧气输送相关，且不同心脏病变类型的等距项存在差异。
- 研究的优势与局限：本研究考虑缩放系数和多变量形态学，能区分不同临床组大脑发育差异。但存在局限性，如仅使用全脑测量，未考虑区域缩放差异；研究年龄段有限，未涵盖胎儿和更早的早产阶段；观察到的差异小于成人临床研究，未来需进一步研究随年龄增长差异的变化。
综上所述，正常新生儿大脑符合皮质折叠缩放定律，CHD 患儿大脑较小，早产儿大脑皮质折叠和形状改变，且早产儿形状特征与早期儿童认知相关。
