近日，Cerebral Cortex在線發表題為Normative Analysis of Individual Brain Differences Based on a Population MRI-Based Atlas of Cynomolgus Macaques的研究論文。該研究由中國科學院昆明動物研究所客座研究員、腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）研究員王征團隊完成，在162只健康食蟹猴上采集了高分辨的磁共振影像數據，制作了食蟹猴腦圖譜，并建立了標準化模型（normative model），描述單個獼猴大腦的解剖結構特征隨年齡變化的軌跡。該大樣本標準化模型可用于獼猴疾病模型的參考對照，推動個體化定量統計分析實現。
近年來，基因編輯、克隆技術在非人靈長類上獲得成功，使研究者能夠更為靈活地建立各種重大腦疾病的獼猴模型。但受到獼猴繁殖周期長、行為學訓練困難、動物專業門檻高及價格昂貴等諸多因素影響，建立單一獼猴疾病模型通常需要大量經費支撐、長達數年的實驗周期，且最終得到具有相關行為表型的模型個體寥寥無幾。如此小的樣本數量（一般只有個位數）極大挑戰了運用行為學、影像學等技術手段對模型展開后續的研究，特別是目前絕大多數的研究都采用病例-對照式（case-control）的實驗設計范式。標準化模型是一種數學統計方法，用于定量衡量單個個體在一個正態分布的大群體中的偏離。建立獼猴大腦解剖結構的標準化模型能夠可靠地量化評估獼猴種群分布，檢測個體神經解剖的異質性，幫助理解大腦的發育、衰老以及疾病。
構建該標準模型，需要獲取大量的健康野生型獼猴的腦影像數據。王征團隊首先在162只2-9歲的健康食蟹猴上收集分辨率為0.5mm的磁共振結構影像，創建一個食蟹猴專用的磁共振影像腦圖譜模板，通過與傳統的SMI-32組織學染色結果進行比較，驗證了磁共振影像模板的準確性。構建標準化模型分析結果發現，食蟹猴大腦平均皮層厚度和總的灰質體積隨著年齡的增長而降低，但白質體積的增加從少年期持續到成年早期。大腦各個腦區的皮層厚度和灰質體積在不同的發育階段顯示出各自特異的生長模式，例如軀體感覺區、枕葉、扣帶回相比其他腦區的皮層厚度和灰質體積更小，而額葉、顳葉的皮層厚度和灰質體積相比于其他腦區更大。此外，絕大部分腦區的皮層厚度和灰質體積隨著年齡的增長而減少，但內側顳葉的皮層厚度和灰質體積隨著年齡的增長而增加。為量化分析個體食蟹猴在群體中的異質性，研究人員采用交叉驗證方法，計算每個個體的皮層厚度與灰質體積與標準模型的個體化偏差。研究發現，在這個健康群體中，具有皮層厚度和灰質體積極值異常的腦區所占百分比非常低，且在不同的個體上沒有重疊。該研究為定量化分析獼猴疾病模型提供了參考對照數據與方法，有助于利用獼猴模型研究人類腦疾病的診斷與治療。
該研究由通訊作者王征指導博士呂啟明完成，依托昆明動物所承擔建設的“模式動物表型與遺傳研究國家重大科技基礎設施（靈長類）”開展，并得到昆明動物所、福建省兒童醫院（籌）、加拿大西部大學等協助支持，國家自然科學基金委、科技部、中科院、上海市和廣東省等資助。
A：食蟹猴磁共振腦圖譜；B：磁共振腦圖譜模板與組織學染色的結果比較；C：食蟹猴大腦整體腦容量、皮層厚度，以及灰質與白質體積隨年齡變化的軌跡；D：食蟹猴各個腦區的灰質體積和皮層厚度在不同年齡段的變化；E：皮層厚度和灰質體積同步變化的發育模式；F：健康食蟹猴群體的大腦結構相對于標準化模型的偏差情況；G：個體化偏差的極值直方圖和極值分布