神經(jīng)精神疾病給世界各國帶來(lái)了巨大的社會(huì )與經(jīng)濟負擔，這些腦功能疾病會(huì )發(fā)生在個(gè)體一生發(fā)展中的不同年齡階段，具有不同的心理和行為異常特征，研究與它們有關(guān)的腦連接隨著(zhù)年齡（隨齡）發(fā)展變化的規律與機制，是對各類(lèi)神經(jīng)精神疾病進(jìn)行早期診斷、病程監測和解讀發(fā)病機制的關(guān)鍵。神經(jīng)功能成像因其無(wú)損和非侵入性特點(diǎn)而被廣泛應用于研究各類(lèi)重大腦疾病，以其為核心技術(shù)的人腦連接組學(xué)成為研究腦功能隨齡發(fā)展機制的重要方法。 

　　中國科學(xué)院行為科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室左西年研究員自2010年底回國，建立了“人腦功能連接組及其畢生發(fā)展實(shí)驗室”，致力于研究人腦功能隨齡發(fā)展規律，為重大神經(jīng)精神疾病的腦發(fā)展病理機制研究提供正常參考，有助于及時(shí)、準確地對其進(jìn)行診斷、預警、干預和愈后評估。為克服當前神經(jīng)影像方法學(xué)技術(shù)局限，他的團隊基于靜息態(tài)功能磁共振成像技術(shù)，揭示了高精度人腦網(wǎng)絡(luò )中心度圖譜[1,2]及其神經(jīng)生物學(xué)基礎[3-5]和遺傳及環(huán)境影響[6]，領(lǐng)銜建立了國際神經(jīng)影像“信度與可重復性同盟”[7]，系統而深入地研究了高精度人腦連接組圖譜的重測信度[8]，推動(dòng)了科學(xué)界對人腦連接組學(xué)可重復性的多學(xué)科交叉系統研究，促進(jìn)了人腦連接組學(xué)標準化進(jìn)程。團隊基于在人腦連接組學(xué)領(lǐng)域取得的技術(shù)進(jìn)展，揭示出人腦網(wǎng)絡(luò )隨齡發(fā)展一般規律：半球連接呈現U型畢生發(fā)展規律[9]，人腦功能模塊內短距離連接隨齡下降而模塊間長(cháng)距離連接隨齡增加[10]；在連接組拓撲結構上，人腦“網(wǎng)關(guān)”后內側頂區呈現出“局部連接隨齡降低，全局連接水平穩定”的特點(diǎn)[1]，其中頂葉記憶網(wǎng)絡(luò )功能隨齡降低，而默認網(wǎng)絡(luò )卻保持穩定[11]；結構和功能連接的數學(xué)建模發(fā)現人腦連接組符合雙距離參數（解剖和拓撲）生成模型，人腦畢生發(fā)展連接組學(xué)初步驗證了“解剖距離參數隨齡增加，而拓撲距離參數保持穩定”的基本發(fā)展規律[12]。團隊同時(shí)也開(kāi)展了神經(jīng)精神疾病腦連接組發(fā)展異常規律的探索研究，發(fā)現：精神分裂癥患者基本感知覺(jué)網(wǎng)絡(luò )內部的短距離連接和半球連接的發(fā)育遲滯，由之帶來(lái)感知覺(jué)網(wǎng)絡(luò )與高級認知網(wǎng)絡(luò )之間長(cháng)距離連接的發(fā)展異常[13,14]；正常認知老化的腦網(wǎng)絡(luò )特征得益于正常的額頂控制網(wǎng)絡(luò )調控功能[15]，其退化導致行為認知層面明顯功能下降，調控功能的控制不力將導致最終的腦功能病理性退化（如輕度認知障礙階段和阿爾茨海默病階段[16]）。 

圖1. 大樣本人腦畢生發(fā)展研究十年總結

圖2. 人腦連接組畢生發(fā)展規律建模

　　鑒于團隊在人腦連接組及其畢生發(fā)展領(lǐng)域近來(lái)取得的一系列研究進(jìn)展，著(zhù)名學(xué)術(shù)出版商Cell旗下認知科學(xué)權威綜述雜志《Trends in Cognitive Sciences》（五年影響因子23.8）邀請團隊撰寫(xiě)人腦連接組畢生動(dòng)態(tài)發(fā)展研究綜述[12]。論文通過(guò)系統梳理近十年（2007-2016）發(fā)表的人腦畢生發(fā)展研究（圖1），指出了開(kāi)展畢生發(fā)展連接組學(xué)研究的必要性和挑戰。在此基礎上，突出強調了在解決好可靠性與有效性的前提下，未來(lái)的人腦連接組畢生發(fā)展研究應該集中解決來(lái)自各種與年齡相關(guān)的生理和心理干擾因素，基于數學(xué)建模的多模態(tài)神經(jīng)影像整合計算具備非常大的潛力來(lái)最終揭示人腦連接組畢生發(fā)展機制。初步的雙參數生成模型計算建模已經(jīng)揭示出（圖2）：畢生發(fā)展歷程中，人腦連接組逐漸由一個(gè)“解剖驅動(dòng)”的復雜系統轉變?yōu)椤巴負潋寗?dòng)”。結合公共衛生領(lǐng)域和兒科臨床實(shí)踐中普遍使用的身高和體重標準發(fā)展軌線(xiàn)（即常模），這些初步成果為人腦連接組學(xué)轉化研究提供了思路，基于“解剖”和“拓撲”這兩個(gè)人腦連接組參數，可以繪制畢生發(fā)展常模，從而為腦疾病的早期檢測和預防提供客觀(guān)生物學(xué)工具。 

　　在國家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)國際合作項目、中國科學(xué)院重點(diǎn)部署項目、國家科技部重點(diǎn)基礎研發(fā)（973）項目和北京市科委腦專(zhuān)項等的資助下，左西年及其合作團隊提出了“中國彩巢計劃（2013-2022）”，致力于建立中國人腦與心理行為畢生發(fā)展（6－85歲）常模。目前作為腦發(fā)育階段的預實(shí)驗（2013-2017）已經(jīng)接近尾聲，相關(guān)成果和數據樣本將于2017年上半年公開(kāi)，更為詳細的計劃內容請參見(jiàn)“中國彩巢計劃”網(wǎng)站（http://zuolab.psych.ac.cn/colornest.html）。這項計劃，除了為腦科學(xué)基礎研究提供寶貴的縱向追蹤樣本資料，也將為未來(lái)全國范圍內建立服務(wù)全民心理行為和腦健康的中國人腦畢生發(fā)展常模提供預研基礎。 

相關(guān)文獻： 

[1] Zuo XN*, Ehmke R, Mennes M, Imperati D, Castellanos FX, Sporns O, Milham MP. 2012. Network centrality in the human functional connectome. Cerebral Cortex, 22:1862-1875. 

[2] Zuo XN*, Xu T, Jiang L, Yang Z, Cao XY, He Y, Zang YF, Castellanos FX, Milham MP. 2013. Toward reliable characterization of functional homogeneity in the human brain: Preprocessing, scan duration, imaging resolution and computational space. Neuroimage, 65: 374-386.  

[3] Jiang L, Xu T, He Y, Hou XH, Wang J, Cao XY, Wei GX, Yang Z, He Y, Zuo XN*. 2015. Toward neurobiological characterization of functional homogeneity in the human cortex: Regional variation, morphological association and functional covariance network organization. Brain Structure & Function, 220: 2485-2507. 

[4] Yang Z*, Qiu J, Wang P, Liu R, Zuo XN*. 2016. Brain structure-function associations identified in large-scale neuroimaging data. Brain Structure & Function, 221: 4459-4474 

[5] Jiang L*, Zuo XN*. 2016. Regional homogeneity: A multi-modal, multi-scale neuroimaging marker of the human connectome. Neuroscientist, 22(5): 486-505. 

[6] Yang Z, Zuo XN*, McMahon KL, Craddock CR, Kelly C, de Zubicaray G, Hickie IB, Bandettini P, Castellanos FX, Milham MP*, Wright MJ. 2016. Genetic and environmental contributions to functional connectivity architecture of the human brain. Cerebral Cortex, 26:2341-2352. 

[7] Zuo XN*, Anderson JS, Bellec P, Birn RM, Biswal BB, Blautzik J, Breitner JC, Buckner RL, Calhoun VD, Castellanos FX, Chen A, Chen B, Chen J, Chen X, Colcombe SJ, Courtney W, Craddock RC, Di Martino A, Dong HM, Fu X, Gong Q, Gorgolewski KJ, Han Y, He Y, He Y, Ho E, Holmes A, Hou XH, Huckins J, Jiang T, Jiang Y, Kelley W, Kelly C, King M, LaConte SM, Lainhart JE, Lei X, Li HJ, Li K, Li K, Lin Q, Liu D, Liu J, Liu X, Liu Y, Lu G, Lu J, Luna B, Luo J, Lurie D, Mao Y, Margulies DS, Mayer AR, Meindl T, Meyerand ME, Nan W, Nielsen JA, O'Connor D, Paulsen D, Prabhakaran V, Qi Z, Qiu J, Shao C, Shehzad Z, Tang W, Villringer A, Wang H, Wang K, Wei D, Wei GX, Weng XC, Wu X, Xu T, Yang N, Yang Z, Zang YF, Zhang L, Zhang Q, Zhang Z, Zhang Z, Zhao K, Zhen Z, Zhou Y, Zhu XT, Milham MP*. 2014. An open science resource for establishing reliability and reproducibility in functional connectomics. Scientific Data, 1:140049. 

[8] Zuo XN*, Xing XX*. 2014. Test-retest reliabilities of resting-state FMRI measurements in human brain functional connectomics: A systems neuroscience perspective. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 45:100-118. 

[9] Zuo XN*, Kelly C, Di Martino A, Mennes M, Margulies DS, Bangaru S, Grzadzinski R, Evans AC, Zang YF, Castellanos FX, Milham MP*. 2010. Growing together and growing apart: regional and sex differences in the lifespan developmental trajectories of functional homotopy. The Journal of Neuroscience, 30:15034-15043. 

[10] Cao M, Wang JH, Dai ZJ, Cao XY, Jiang LL, Fan FM, Song XW, Xia MR, Shu N, Dong Q, Milham MP, Castellanos FX, Zuo XN*, He Y*. 2014. Topological organization of the human brain functional connectome across the lifespan. Developmental Cognitive Neuroscience, 7C:76-93. 

[11] Yang Z*, Chang C, Xu T, Jiang L, Handwerker DA, Castellanos FX, Milham MP, Bandettini PA, Zuo XN*. 2014. Connectivity trajectory across lifespan differentiates the precuneus from the default network. NeuroImage, 89:45-56. 

[12] Zuo XN*, He Y, Betzel RF, Colcombe S, Sporns O, Milham MP*. 2016. Human connectomics across the lifespan. Trends in Cognitive Sciences, doi: 10.1016/j.tics.2016.10.005. Online Paper 

[13] Jiang L, Xu Y, Zhu XT, Yang Z, Li HJ, Zuo XN*. 2015. Local-to-remote cortical connectivity in childhood and adulthood schizophrenia. Translational Psychiatry, 5: e566. 

[14] Li HJ, Xu Y, Zhang KR, Hoptman MJ, Zuo XN*. 2015. Homotopic connectivity in drug-naive, first-episode, early-onset schizophrenia. The Journal of Child Psychology and Psychiatry, 56:432-443. 

[15] Li HJ*, Hou XH, Liu HH, Yue CL, Lu GM, Zuo XN*. 2015. Putting age-related task activation into large-scale brain networks: A meta-analysis of 114 fMRI studies on healthy aging. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 57:156-174. 

[16] Li HJ*, Hou XH, Liu HH, Yue CL, He Y, Zuo XN*. 2015. Toward systems neuroscience in mild cognitive impairment and Alzheimer's disease: A meta-analysis of 75 fMRI studies. Human Brain Mapping, 36:1217-1232.