胎儿大脑各区域的规范生长轨迹，其在2岁时神经发育领域的令人满意成熟得到验证

这对父母与社会为何重要

在妊娠期，大脑是形成中最复杂的器官，但医生通常只能通过超声看到它的快照。本研究表明，借助现代成像技术和人工智能，我们现在可以逐周绘制胎儿大脑各部分的正常生长曲线，并将这些早期模式与儿童两岁时的实际发育状况关联起来。这些新的“脑部生长图表”未来可能有助于更早识别有风险的婴儿，并挑战有关不同人群大脑差异的误解。

随访数千例妊娠个案

研究人员利用了INTERGROWTH‑21st项目，这是一项国际研究，随访了来自巴西、中国、印度、意大利、肯尼亚、阿曼和英国的4000余名健康孕妇。所有女性都经过严格筛选，具备良好的营养、医疗保健和低风险妊娠，以便研究能反映接近理想条件下的大脑发育情况。在这组人群中，有2805例胎儿在妊娠18至27周间至少接受过一次高质量的三维头部超声检查，在这个大脑结构快速扩展与折叠的关键中期窗口，总计获得4205次扫描。

将模糊的扫描转化为精确的大脑图谱

传统在图像上描绘脑结构的方法需要专家手工勾画各区域，每次扫描可能耗费数小时，在超声图像中尤为困难，因为胎儿颅骨会产生阴影。研究团队改为训练深度学习算法以识别并分割每个三维扫描中的16个关键脑区以及五个主要皮质叶。他们的方法使用一种智能可形变模型，在阴影区域也能保持真实的大脑形状，并能在不到10秒内处理一例扫描。从每次扫描中，他们提取了28项“影像衍生表型”——如总脑容量、像小脑和丘脑等深部结构的体积，以及额叶、颞叶、顶叶、枕叶和岛叶发育中皮层的厚度、深度和表面积等测量值。

建立适用于全球的人群的正常生长曲线

在掌握了数千项测量后，研究人员构建了平滑的生长曲线，展示了各脑区随胎龄变化的第3、50和97百分位。所有脑区在这九周内都迅速生长，但速度不尽相同。经总体脑体积调整后，许多结构随年龄相对变小，而一些结构如脉络丛在比例上急剧缩小。重要的是，团队检验了不同研究地点的大脑是否遵循相同模式。在考虑了性别和胎龄后，各国间差异仅解释了任何结构总变异的0.6%到5.8%，且几乎所有地点之间的比较都落在半个标准差内。这意味着在良好的环境与健康条件下，拥有不同血统的人群其胎儿期大脑生长表现惊人地相似。

出生前的大脑成熟新快照

皮层——大脑的外层——并非均匀成熟。研究发现，相对于总皮层体积，岛叶在18到27周间稳步增大，而顶叶逐渐减小。这两者体积比率捕捉到了这种“不同步”的发育时序，反映了西里安裂（Sylvian fissure）闭合及涉及身体感知、感觉整合和高级认知区域的连线变化。研究者还利用全部28项脑特征训练了一种机器学习模型，仅凭脑结构就能预测胎龄，平均误差约为四天。该预测可作为“胎儿大脑成熟指数”：如果胎儿大脑的外观比其已知胎龄更成熟或更滞后，这种差异可能提示发育过快或过慢。

将早期脑生长与幼儿能力相连

为确保他们所定义的“正常”胎儿脑测量确实对应良好的结局，团队随访了其中一大部分儿童至两岁。使用一套标准化的全球评估量表评估认知、语言、运动、行为和视力，排除了任何在任一领域得分位于最低3%的儿童。最终的脑生长图表因此反映了后来表现出总体令人满意发育的胎儿。来自不同世界区域的该队列儿童在早期里程碑上取得了相似成绩，进一步支持了这样的发现：在社会与营养条件有利的情况下，大脑生长与行为模式在全球人群中在很大程度上是共享的。

这对理解早期生命意味着什么

这项工作首次基于快速、广泛可及的三维超声和现代人工智能工具，提供了多个人胎脑区的详细、国际验证的生长标准。研究表明，中期妊娠中大脑关键区域沿着可预测的轨迹成熟，并且在营养良好、低风险的人群中这些轨迹表现相似。新的成熟指数与岛叶‑顶叶比率提供了紧凑的标志，用以衡量胎儿大脑是否“按轨道”发育，可帮助未来对高危妊娠及威胁早期脑发育的状况开展研究。更广泛地说，结果支持了一个有力结论：不同人群在脑体积或儿童发展上观察到的差异，更大程度上由不平等的环境与机会驱动，而非遗传血统或肤色所主导。

引用: Wyburd, M.K., Kennedy, S.H., Fernandes, M. et al. Normative growth trajectories of fetal brain regions validated by satisfactory maturation of neurodevelopmental domains at 2 years of age. Nat Commun 17, 3073 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69657-w

关键词: 胎儿大脑发育, 超声成像, 深度学习, 儿童早期神经发育, 全球健康