不同年齡健康成人大腦皮層厚度差異

楊 晶，丁 里，張 蕾，楊 淑，符 浩

(1.大理大學臨床醫學院，云南 大理 671000；2.云南省第一人民醫院神經內科，云南 昆明 650034)

人類大腦皮層由復雜緊密連接的神經元組成，包含感覺、運動和重要關聯區域，其厚度為1.0～4.5 mm，平均約2.5 mm[1]。大腦皮層厚度受年齡、性別、疾病等因素影響，不同因素對其影響亦不相同[2-4]。本研究觀察不同年齡健康成人大腦皮層厚度的差異。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入2020年12月—2021年3月134名于云南省第一人民醫院體檢的健康成人，男64名、女70名，年齡18～80歲，平均(48.5±16.8)歲；其中青年組54名(男24名、女30名，18～44歲)、平均(30.9±6.8)歲，中年組40名(男、女各20名，45～59歲)、平均(51.9±4.3)歲，老年組40名(男、女各20名，60～80歲)、平均(68.2±5.5)歲。納入標準：①右利手；②無可能影響神經系統疾病；③美國國立衛生研究院卒中量表評分0分，簡易智能精神狀態檢查量表評分>27分，焦慮自評量表標準分<50分，抑郁自評量表標準分<53分；④無MR檢查禁忌證。排除高血壓、糖尿病、長期酗酒、藥物依賴、妊娠婦女及長期接觸粉塵者。檢查前志愿者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Prisma 3.0T MR儀行顱腦掃描，配備相控陣頭頸聯合線圈。采用磁化準備快速梯度回波(magnetization-prepared rapid gradient-echo, MPRAGE)序列采集矢狀位T1WI，TR 2 530 ms，TE 1.19 ms，TI 1 100 ms，體素1.0 mm×1.0 mm×1.0 mm，FOV 256 mm×256 mm，矩陣256×256，層數176，層厚1 mm，層間距0，FA 7°，帶寬650 Hz/Px。

1.3 圖像分析 采用開源FreeSurfer 6.0軟件進行圖像分析。將所有圖像數據由DICOM格式轉換為MGZ進行分析處理，主要步驟包括去除顱骨等非腦結構、分割灰質和白質、與標準腦模板配準、數據質量檢驗、修正及表面平滑等，之后自動生成所有受試者左、右大腦半球皮層重組后圖像[5]。軟件根據自帶Desikan-Killiany腦圖譜按額葉、顳葉、頂葉、枕葉及邊緣系統等將大腦皮層劃分為68個腦區(左、右腦各34個腦區)，以廣義線性模型生成設計矩陣和對比矩陣，并構建不同截距、不同斜率的統計模型，進行基于表面的形態測量學(surface-based morphometry, SBM)統計分析，比較組間左、右側大腦皮層厚度差異，基于團簇水平進行錯誤發現率(false discovery rate, FDR)多重比較校正，設置FDR<0.05，P<0.001為差異有統計學意義。提取每2組間皮層厚度差異有統計學意義的團簇及其表面積、頂點等相關指標，進行圖形可視化。

1.4 統計學分析 采用SPSS 25.0及GraphPad Prism 9.1統計分析軟件。以FreeSurfer軟件提取所有受試者左、右側大腦皮層厚度，并行統計學分析。以±s表示計量資料，采用雙因素方差分析比較3組間左、右側大腦皮層厚度總體差異，采用Tukey檢驗進行兩兩比較。以線性回歸分析左、右側大腦皮層厚度與年齡的相關性；以χ2檢驗比較3組間性別差異。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

3組受試者性別差異無統計學意義(χ2=0.399，P=0.819)。

2.1 左、右側大腦皮層厚度與年齡的相關性 左、右側大腦皮層厚度與年齡均呈負相關(r=-0.57、-0.52，P均<0.01)，見圖1。

圖1 健康成人左、右側大腦皮層厚度與年齡的相關性散點圖

2.2 3組左、右側大腦皮層厚度比較 3組間左、右側大腦皮層厚度差異有統計學意義(F=70.20，P<0.01)，兩兩比較差異均有統計學意義(P均<0.01)，見圖2。

圖2 青年組、中年組及老年組間左、右側大腦皮層厚度比較柱狀圖 (**：P<0.01；***：P<0.001；****：P<0.000 1)

表1 青年組與中年組間左側大腦皮層厚度存在顯著差異團簇

圖3 中年組左側大腦皮層厚度較青年組明顯變薄團簇所在腦區(藍色區域) 色帶表示T值(T=±log10P)

圖4 中年組右側大腦皮層厚度較青年組明顯變薄團簇所在腦區(藍色區域) 色帶表示T值(T=±log10P)

青年組與中年組間20個團簇皮層厚度具有顯著差異，其中左腦8個(表1,圖3)、右腦12個(表2，圖4)。中年組與老年組間7個團簇皮層厚度具有顯著差異，左腦5個(表3，圖5)、右腦2個(表4，圖6)。青年組與老年組間29個團簇皮層厚度具有顯著差異，其中左腦15個(表5，圖7)、右腦14個(表6，圖8)。

3 討論

MRI技術及圖像分析方法現已成為計算機腦科學研究熱點[6]。研究腦結構像的主要方法包括SBM和基于體素形態測量學[7]，SBM配準評估皮層厚度更精確。本研究以SBM精確計算大腦皮層厚度，觀察健康成人不同功能腦區皮層厚度隨年齡而發生的改變。

本研究發現，成人大腦左、右側大腦皮層厚度隨年齡增長而變薄，與多項研究[8-10]結果一致；3組間大腦皮層厚度差異有統計學意義，其中青年組與中年組、青年組與老年組左、右側大腦皮層厚度差異最為顯著(P均<0.000 1)，中年組與老年組左、右側大腦皮層厚度差異次之(P均<0.01)，表明在青年到中年階段，隨年齡增長，成人大腦皮層厚度變薄速度可能快于中年至老年階段。大腦老化與大腦皮層厚度改變相關[11]；45%成人大腦皮層厚度分布存在高度異質性[12]。本研究中、老年組左、右側大腦皮層厚度差異均具有統計學意義，其中左腦差異(P<0.001)較右腦(P<0.01)更顯著，可能與優勢半球有關，有待進一步觀察。

本研究3組間皮層厚度差異有顯著統計學意義的團簇主要分布于額、顳葉。額、顳葉皮層是人腦高級中樞，隨年齡增長，額顳葉皮層厚度變薄，可能與情感、記憶、注意、自控能力等活動功能減退相關。顳上葉皮層厚度從青年至中年再到老年顯著減少, 可能提示成人語言感知及產生能力隨年齡增長而下降；中央前皮層厚度僅中、老年組間存在差異，可能提示運動功能減退主要見于老年。BURGETOVA等[13]發現，隨年齡增加，健康成人腦組織出現鐵沉積，主要累及中央前區、中央后區、運動前皮層及顳上回等；顳上葉、中央前皮層厚度變化可能與鐵沉積有關。本研究中、老年組內側眶額葉皮層厚度相比青年組明顯變薄，而中、老年組間無明顯差異，提示老年人情緒較中青年不易波動，社會交往、性格也更穩定，與既往研究[14]相符；青少年有冒險和沖動傾向，而內側眶額葉皮層厚度與決策過程中的風險和回報預測有關，年齡相關皮層厚度差異可能與青春期和成年期大腦神經元放電頻率范圍不同有關[15]。

表3 中年組與老年組間左側大腦皮層厚度存在顯著差異團簇

圖5 老年組左側大腦皮層厚度較中年組明顯變薄團簇所在腦區(藍色區域) 色帶表示T值(T=±log10P)

表4 中年組與老年組間右側大腦皮層厚度存在顯著差異團簇

圖6 老年組右側大腦皮層厚度較中年組明顯變薄團簇所在腦區(藍色區域) 色帶表示T值(T=±log10P)

圖7 老年組左側大腦皮層厚度較青年組明顯變薄團簇所在腦區(藍色區域) 色帶表示T值(T=±log10P)

頂葉皮層負責感知、感覺并將感覺輸入與視覺系統整合。頂上小葉在認知和運動相關過程具有關鍵作用，包含次級軀體感覺皮層，接收來自丘腦和對側軀體感覺皮層的軀體感覺輸入，并將這些感覺輸入與視覺輸入、聽覺輸入等進行結合，形成更高階的復雜功能如學習、空間識別及立體識別等。本研究青年組與老年組間左右腦均見頂葉皮層厚度差異，青、中年組間僅右腦存在差異，而中、老年組間左側頂上小葉皮層厚度存在差異，提示寫作、計算、學習等能力可能隨年齡增長而緩慢減退；中央旁小葉皮層厚度僅在青年組與老年組間存在差異，提示小腿和足的運動、感覺、排尿以及排便功能下降主要見于老年。

本研究存在局限性：①為單中心研究，且樣本量偏小；②僅觀察皮層厚度改變，未分析腦皮質體積、表面積等其他腦皮質形態學指標，有待后續完善。

表5 青年組與老年組間左側大腦皮層厚度存在顯著差異團簇

表6 青年組與老年組間右側大腦皮層厚度存在顯著差異團簇

圖8 老年組右側大腦皮層厚度較青年組明顯變薄團簇所在腦區(藍色區域) 色帶表示T值(T=±log10P)

綜上，健康成人大腦皮層厚度隨年齡增長而變薄，不同年齡成人大腦皮層厚度存在差異。