2023年8月21日，Nature数据期刊Scientific Data在线发表了北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室左西年研究组“彩巢计划—成长在中国”的数据资源论文《A longitudinal resource for population neuroscience of school-age children and adolescents in China》，推进中国儿童青少年脑智数据共享，为全球化脑科学应用提供开放式科学资源。“彩巢计划”项目委员会和科学数据银行（ScienceDB）（https://www.scidb.cn）合作共建了“彩巢计划-中国人脑智毕生发展数据社区”（https://ccnp.scidb.cn）为数据资源发布提供了信息化平台（图1）。

 

图1 中国科学数据银行“彩巢计划CCNP”的信息化社区

 

这一计划历时十年（2013~2023）（http://deepneuro.bnu.edu.cn/?p=163），聚焦国际各国角逐的脑科学前沿，致力于构绘中国人脑毕生发展常模并开展脑与行为关联机制研究。其子项目“彩巢计划—成长在中国”（devCCNP：Growing Up in China），是国内较早学龄儿童青少年脑智发育纵向队列^[1,2]，通过采集多队列结构化纵向影像与心理行为样本，建模大脑发育曲线并探索各种人口神经科学表型变量的关联机制，特别关注于揭示人类青春期的系统神经科学中介机制。截至目前，devCCNP已先后在重庆（2013~2017年）和北京（2018年~至今）完成896人次健康儿童青少年（4~22岁）的多维脑智综合数据收集。在北京站点，不断有新的志愿家庭积极加入，这一数据库处于稳定增长和持续扩充中。

 

图2 “彩巢计划—成长在中国”纵向加速队列研究设计与样本组成

 

devCCNP依托脑科学与大数据的科学研究成果，推进基础教育阶段学龄儿童青少年的人才培养，响应国家儿童青少年脑智开发和心理健康重大需求，有效联结心理学、认知神经科学和教育学三大领域，助力国家基础教育高质量发展。该项目十年实践经验，验证了研究设计、样本采集策略、数据获取和存储、初步科学发现和数据共享、教育医疗转化等方面具备长期实施的可行性，助力科技创新2030-“脑科学与类脑研究专项”中的儿童青少年脑智发育研究。该项数据库与左西年研究组所领衔的3R-BRAIN一同受邀加入国际“生命周期脑图表联盟（Lifespan Brain Chart Consortium，LBCC）”，共同参与在国际科学期刊Nature发文绘制了人脑毕生发展（16孕周至100岁）各项里程碑^[3]。项目团队基于该数据资源已发现中美学龄儿童青少年脑发育轨线的差异^[4]，揭示出青春期脑连接组功能梯度的翻转机制^[5]和学龄期杏仁核的线性生长规律^[6]。通过基于中国不同区域和中美不同国家的脑智发育队列数据，融合全球12万人次的生命周期脑图表信息，揭示出学龄儿童青少年的脑白质容量（脑连接组的物质基础）生长轨线体现出中西方国家（devCCNP与NKI-RS）和中国东西部地区（PEK与CKG）差异（图3），这为开展独立自主的大规模、全区域的中国儿童青少年脑智队列研究提供了重要的实验证据和科学支撑。

 

图3 脑图表建模揭示学龄儿童青少年白质容量生长曲线的区域差异

 

进一步的脑区级脑图表建模分析（如图4），以皮层区域容量的生长发育曲线为例，通过定量比较生长曲线差异发现：与高级认知联合（默认、语言、控制）功能网络有关的眶额部（第一行所指示皮层区域）其生长发育曲线在中西方（第二行，左）和中国东西部地区（第二行，右）存在明显差异，可以看出各自之间的绝对容量（单位：毫升）差异较大，尤其在中西方存在曲线斜率（生长速度）的差距；而与初级感知觉基础（体感运动、腹侧注意、视觉）功能网络有关的旁中央小叶（第四行所指示皮层区域）其生长发育在中西方（第三行，左）和中国东西部地区（第三行，右）无明显差异，各人口样本的脑容量生长发育曲线普遍重合。这表明，对于不同文化环境、地理环境等人口学复合因素背景下，儿童青少年脑成像以及认知和心理行为等综合表型的数据积累，将有助于我们深入解析人类脑智毕生发展的先天和后天的复杂作用规律与科学机制，促进我国在人口素质提升、教育现代化和民族发展复兴事业的科学进步。

 

图4 学龄儿童青少年皮层容量生长发育曲线的国家和地区异同规律

 

“彩巢计划”以北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室发展人口神经科学研究中心（http://deepneuro.bnu.edu.cn）为核心，联合国内外多家脑科学机构保持长期密切合作（如国际人脑生命周期脑图表联盟），与中国科学院心理研究所、西南大学，南宁师范大学、杭州师范大学、北京大学、浙江大学、中国人民大学、北京邮电大学、华南师范大学、首都师范大学、河北师范大学、太原理工大学、上海政法学院、荷兰奈梅亨大学、新加坡国立大学等多所国内外高校院所一起推动发展人口神经科学。

 

实验室范雪如博士生、王银山博士、常达博士生为该文第一作者，左西年教授为通讯作者，“彩巢计划学术委员会”和“人脑生命周期脑图表联盟”为联盟作者；国家基础学科数据中心、中华人民共和国科学技术部、国家自然科学基金委员会、中国科学院、中国科学技术协会、北京市科委、北京师范大学等科学基金和学术机构资助了“彩巢计划”的建立与发展。

 

论文原文见 https://doi.org/10.1038/s41597-023-02377-8

 

参考文献

[1]杨宁等. (2017) 彩巢计划——“成长在中国”. 科学通报, 62: 3008-3022

[2] Liu et al. (2021) Chinese Color Nest Project: An accelerated longitudinal brain-mind cohort. Developmental Cognitive Neuroscience, 52: 101020

[3] Bethlehem et al. (2022) Brain charts for the human lifespan. Nature, 604(7906): 525-533

[4] Dong et al. (2020). Charting brain growth in tandem with brain templates at school age. Science Bulletin, 65(22): 1924-1934

[5] Dong et al. (2021). Shifting gradients of macroscale cortical organization mark the transition from childhood to adolescence. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 118(28): e2024448118.

[6] Zhou et al. (2021) Charting the human amygdala development across childhood and adolescence: Manual and automatic segmentation. Developmental Cognitive Neuroscience, 52: 101028.