最新ENIGMA研究發(fā)現(xiàn)，癲癇病患者的大腦皮層往往比較薄。圖片來源：C. WHELAN ET AL.
在美國南加州大學神經(jīng)科學家Paul Thompson看來，全球最大的腦圖譜項目——ENIGMA“是在逆境中誕生的”。2009年，他和澳大利亞昆士蘭醫(yī)學研究院遺傳學家Nicholas Martin對大腦成像研究存在的限制感到煩躁不安。核磁共振成像掃描的成本將大多數(shù)努力限制在幾十名受試者——這導致人數(shù)太少，以至于無法在大腦結(jié)構(gòu)同遺傳變異和疾病之間建立廣泛聯(lián)系。兩人在舊金山一家購物中心吃飯時意識到，答案在于共享來自全球多項研究的圖像和遺傳數(shù)據(jù)。
在緩慢的起步階段之后，該項目將來自39個國家的近900名研究人員聚到一起，并就3萬余人的大腦掃描圖像和遺傳數(shù)據(jù)展開分析。在一系列論文中，ENIGMA的眾包方式為研究正常人以及患者大腦中的基因和結(jié)構(gòu)存在何種關(guān)聯(lián)打開了一扇窗戶。例如，一項日前發(fā)表于《大腦》雜志的ENIGMA研究將來自歐洲、美洲、亞洲和澳大利亞的近4000人的大腦掃描圖像進行了比對，以闡明同常見癲癇病存在關(guān)聯(lián)的意想不到的大腦異常狀況。未參與該項目的伊利諾伊大學神經(jīng)科學家Mohammed Milad表示，ENIGMA是“一項杰出的工作。我們都應(yīng)該為此做更多的事情”。
ENIGMA的創(chuàng)始人精心設(shè)計了該項目的名字——“元分析增強型神經(jīng)成像遺傳學技術(shù)”，從而使它的英文首字母縮略詞能紀念英國數(shù)學家阿蘭·圖靈在二戰(zhàn)期間為破譯德國Enigma密碼機作出的努力。和圖靈的項目一樣，ENIGMA的目的也是破解一個謎題。本世紀初，針對雙胞胎或者近親開展的小型大腦掃描研究證實，一些認知和大腦結(jié)構(gòu)上的差異存在遺傳基礎(chǔ)。與此同時，開展全基因組關(guān)聯(lián)研究的科學家掃描了大范圍人群的DNA，以尋找上百萬個天然存在差異的堿基。不過，將此類遺傳變異同大腦結(jié)構(gòu)差異聯(lián)系起來的努力失敗了，因為成像研究的參與者太少，以至于無法作出有說服性的結(jié)論。更重要的是，隱私政策通常阻止研究人員共享大腦成像數(shù)據(jù)。
ENIGMA希望通過元分析方法解決此類問題。所有加入該聯(lián)盟的研究中心接受同樣的協(xié)議以分析大腦圖像。隨后，研究結(jié)果會經(jīng)過對比并且被結(jié)合起來。Thompson表示，共享處理過而非原始的數(shù)據(jù)意味著ENIGMA的研究人員無須披露關(guān)于個體患者的細節(jié)，同時較大的樣本量使其得以作出關(guān)于遺傳變異如何改變大腦結(jié)構(gòu)的“可靠結(jié)論”。
在第一個項目中，該聯(lián)盟同另一個多中心網(wǎng)絡(luò)合作，分析了2.1萬人的大腦掃描圖像和DNA，并將特定基因同人腦大小和智力聯(lián)系起來。例如，擁有HMGA2基因特定變異體的人具有更大的大腦，并且在標準智力測試中的得分比普通人高出1.29分。
哈佛大學神經(jīng)心理學家Steven Pinker認為，該研究結(jié)果“如果站得住腳，將是一項重要發(fā)現(xiàn)”。不過，其他科學家表示，HMGA2對智力的影響很小，因此它并沒有那么重要。
不過，這項2012年發(fā)表于《自然—遺傳學》雜志的研究為ENIGMA項目注入了動力。在一項隨后對3.1萬人開展的研究中，研究人員分析了涉及記憶、運動、學習和積極性的大腦區(qū)域大小，以尋找與之相關(guān)聯(lián)的遺傳變異。5個最新辨別出的遺傳變異影響兩個區(qū)域——殼核和尾狀核的大小。2015年，該團隊在《自然》雜志上報告了這一發(fā)現(xiàn)。
此類結(jié)構(gòu)差異并非僅出現(xiàn)在健康人群中，還存在于患者中。例如，此前研究發(fā)現(xiàn)，尾狀核和殼核在阿爾茨海默氏癥和帕金森氏癥患者的大腦內(nèi)相對較小。2014年，ENIGMA項目獲得美國國立衛(wèi)生研究院為期4年、總金額達1100萬美元的資助，用于探尋此類關(guān)聯(lián)。這些研究往往省去遺傳因素，而將統(tǒng)計學的影響力帶到尋找正常人和病人大腦結(jié)構(gòu)差異的努力中。
一個最新例子是對精神分裂癥患者大腦白質(zhì)進行的分析。白質(zhì)是在神經(jīng)元之間和整個大腦中承載神經(jīng)沖動的組織。在分析了1963名精神分裂癥患者和2359名健康人的大腦圖像后，一個ENIGMA工作組去年在《分子精神病學》雜志上報告稱，白質(zhì)“電線”在患者的整個大腦中均遭到損傷，而不只是大腦的特定區(qū)域。這和很多研究人員此前的想法一致。
同樣在去年，研究創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙（PTSD）的ENIGMA科學家發(fā)現(xiàn)，和健康人群相比，PTSD患者大腦內(nèi)的海馬體（對將短期記憶轉(zhuǎn)變成長期記憶至關(guān)重要的大腦區(qū)域）平均較小。一些更小型的研究也暗示了這一點。研究人員在《生物精神病學》雜志上報告了這一發(fā)現(xiàn)。不過，領(lǐng)導ENIGMA-PTSD工作組的杜克大學神經(jīng)科學家Rajendra Morey表示，現(xiàn)在“這已經(jīng)是一項明確的發(fā)現(xiàn)”。（徐徐 編譯）
來源： 中國科學報
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