不同年龄健康成人大脑皮层厚度差异

杨 晶，丁 里，张 蕾，杨 淑，符 浩

(1.大理大学临床医学院，云南 大理 671000；2.云南省第一人民医院神经内科，云南 昆明 650034)

人类大脑皮层由复杂紧密连接的神经元组成，包含感觉、运动和重要关联区域，其厚度为1.0～4.5 mm，平均约2.5 mm[1]。大脑皮层厚度受年龄、性别、疾病等因素影响，不同因素对其影响亦不相同[2-4]。本研究观察不同年龄健康成人大脑皮层厚度的差异。

1 资料与方法

1.1 一般资料 纳入2020年12月—2021年3月134名于云南省第一人民医院体检的健康成人，男64名、女70名，年龄18～80岁，平均(48.5±16.8)岁；其中青年组54名(男24名、女30名，18～44岁)、平均(30.9±6.8)岁，中年组40名(男、女各20名，45～59岁)、平均(51.9±4.3)岁，老年组40名(男、女各20名，60～80岁)、平均(68.2±5.5)岁。纳入标准：①右利手；②无可能影响神经系统疾病；③美国国立卫生研究院卒中量表评分0分，简易智能精神状态检查量表评分>27分，焦虑自评量表标准分<50分，抑郁自评量表标准分<53分；④无MR检查禁忌证。排除高血压、糖尿病、长期酗酒、药物依赖、妊娠妇女及长期接触粉尘者。检查前志愿者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Prisma 3.0T MR仪行颅脑扫描，配备相控阵头颈联合线圈。采用磁化准备快速梯度回波(magnetization-prepared rapid gradient-echo, MPRAGE)序列采集矢状位T1WI，TR 2 530 ms，TE 1.19 ms，TI 1 100 ms，体素1.0 mm×1.0 mm×1.0 mm，FOV 256 mm×256 mm，矩阵256×256，层数176，层厚1 mm，层间距0，FA 7°，带宽650 Hz/Px。

1.3 图像分析 采用开源FreeSurfer 6.0软件进行图像分析。将所有图像数据由DICOM格式转换为MGZ进行分析处理，主要步骤包括去除颅骨等非脑结构、分割灰质和白质、与标准脑模板配准、数据质量检验、修正及表面平滑等，之后自动生成所有受试者左、右大脑半球皮层重组后图像[5]。软件根据自带Desikan-Killiany脑图谱按额叶、颞叶、顶叶、枕叶及边缘系统等将大脑皮层划分为68个脑区(左、右脑各34个脑区)，以广义线性模型生成设计矩阵和对比矩阵，并构建不同截距、不同斜率的统计模型，进行基于表面的形态测量学(surface-based morphometry, SBM)统计分析，比较组间左、右侧大脑皮层厚度差异，基于团簇水平进行错误发现率(false discovery rate, FDR)多重比较校正，设置FDR<0.05，P<0.001为差异有统计学意义。提取每2组间皮层厚度差异有统计学意义的团簇及其表面积、顶点等相关指标，进行图形可视化。

1.4 统计学分析 采用SPSS 25.0及GraphPad Prism 9.1统计分析软件。以FreeSurfer软件提取所有受试者左、右侧大脑皮层厚度，并行统计学分析。以±s表示计量资料，采用双因素方差分析比较3组间左、右侧大脑皮层厚度总体差异，采用Tukey检验进行两两比较。以线性回归分析左、右侧大脑皮层厚度与年龄的相关性；以χ2检验比较3组间性别差异。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

3组受试者性别差异无统计学意义(χ2=0.399，P=0.819)。

2.1 左、右侧大脑皮层厚度与年龄的相关性 左、右侧大脑皮层厚度与年龄均呈负相关(r=-0.57、-0.52，P均<0.01)，见图1。

图1 健康成人左、右侧大脑皮层厚度与年龄的相关性散点图

2.2 3组左、右侧大脑皮层厚度比较 3组间左、右侧大脑皮层厚度差异有统计学意义(F=70.20，P<0.01)，两两比较差异均有统计学意义(P均<0.01)，见图2。

图2 青年组、中年组及老年组间左、右侧大脑皮层厚度比较柱状图 (**：P<0.01；***：P<0.001；****：P<0.000 1)

表1 青年组与中年组间左侧大脑皮层厚度存在显著差异团簇

图3 中年组左侧大脑皮层厚度较青年组明显变薄团簇所在脑区(蓝色区域) 色带表示T值(T=±log10P)

图4 中年组右侧大脑皮层厚度较青年组明显变薄团簇所在脑区(蓝色区域) 色带表示T值(T=±log10P)

青年组与中年组间20个团簇皮层厚度具有显著差异，其中左脑8个(表1,图3)、右脑12个(表2，图4)。中年组与老年组间7个团簇皮层厚度具有显著差异，左脑5个(表3，图5)、右脑2个(表4，图6)。青年组与老年组间29个团簇皮层厚度具有显著差异，其中左脑15个(表5，图7)、右脑14个(表6，图8)。

3 讨论

MRI技术及图像分析方法现已成为计算机脑科学研究热点[6]。研究脑结构像的主要方法包括SBM和基于体素形态测量学[7]，SBM配准评估皮层厚度更精确。本研究以SBM精确计算大脑皮层厚度，观察健康成人不同功能脑区皮层厚度随年龄而发生的改变。

本研究发现，成人大脑左、右侧大脑皮层厚度随年龄增长而变薄，与多项研究[8-10]结果一致；3组间大脑皮层厚度差异有统计学意义，其中青年组与中年组、青年组与老年组左、右侧大脑皮层厚度差异最为显著(P均<0.000 1)，中年组与老年组左、右侧大脑皮层厚度差异次之(P均<0.01)，表明在青年到中年阶段，随年龄增长，成人大脑皮层厚度变薄速度可能快于中年至老年阶段。大脑老化与大脑皮层厚度改变相关[11]；45%成人大脑皮层厚度分布存在高度异质性[12]。本研究中、老年组左、右侧大脑皮层厚度差异均具有统计学意义，其中左脑差异(P<0.001)较右脑(P<0.01)更显著，可能与优势半球有关，有待进一步观察。

本研究3组间皮层厚度差异有显著统计学意义的团簇主要分布于额、颞叶。额、颞叶皮层是人脑高级中枢，随年龄增长，额颞叶皮层厚度变薄，可能与情感、记忆、注意、自控能力等活动功能减退相关。颞上叶皮层厚度从青年至中年再到老年显著减少, 可能提示成人语言感知及产生能力随年龄增长而下降；中央前皮层厚度仅中、老年组间存在差异，可能提示运动功能减退主要见于老年。BURGETOVA等[13]发现，随年龄增加，健康成人脑组织出现铁沉积，主要累及中央前区、中央后区、运动前皮层及颞上回等；颞上叶、中央前皮层厚度变化可能与铁沉积有关。本研究中、老年组内侧眶额叶皮层厚度相比青年组明显变薄，而中、老年组间无明显差异，提示老年人情绪较中青年不易波动，社会交往、性格也更稳定，与既往研究[14]相符；青少年有冒险和冲动倾向，而内侧眶额叶皮层厚度与决策过程中的风险和回报预测有关，年龄相关皮层厚度差异可能与青春期和成年期大脑神经元放电频率范围不同有关[15]。

表3 中年组与老年组间左侧大脑皮层厚度存在显著差异团簇

图5 老年组左侧大脑皮层厚度较中年组明显变薄团簇所在脑区(蓝色区域) 色带表示T值(T=±log10P)

表4 中年组与老年组间右侧大脑皮层厚度存在显著差异团簇

图6 老年组右侧大脑皮层厚度较中年组明显变薄团簇所在脑区(蓝色区域) 色带表示T值(T=±log10P)

图7 老年组左侧大脑皮层厚度较青年组明显变薄团簇所在脑区(蓝色区域) 色带表示T值(T=±log10P)

顶叶皮层负责感知、感觉并将感觉输入与视觉系统整合。顶上小叶在认知和运动相关过程具有关键作用，包含次级躯体感觉皮层，接收来自丘脑和对侧躯体感觉皮层的躯体感觉输入，并将这些感觉输入与视觉输入、听觉输入等进行结合，形成更高阶的复杂功能如学习、空间识别及立体识别等。本研究青年组与老年组间左右脑均见顶叶皮层厚度差异，青、中年组间仅右脑存在差异，而中、老年组间左侧顶上小叶皮层厚度存在差异，提示写作、计算、学习等能力可能随年龄增长而缓慢减退；中央旁小叶皮层厚度仅在青年组与老年组间存在差异，提示小腿和足的运动、感觉、排尿以及排便功能下降主要见于老年。

本研究存在局限性：①为单中心研究，且样本量偏小；②仅观察皮层厚度改变，未分析脑皮质体积、表面积等其他脑皮质形态学指标，有待后续完善。

表5 青年组与老年组间左侧大脑皮层厚度存在显著差异团簇

表6 青年组与老年组间右侧大脑皮层厚度存在显著差异团簇

图8 老年组右侧大脑皮层厚度较青年组明显变薄团簇所在脑区(蓝色区域) 色带表示T值(T=±log10P)

综上，健康成人大脑皮层厚度随年龄增长而变薄，不同年龄成人大脑皮层厚度存在差异。