新生儿期（出生后的前28天）是人类大脑发育的最关键阶段，神经元连接在此时呈指数级增长。长期以来，评估脑发育主要依赖于脑容量等尺寸指标，但柏林夏里特医学院（Charité – Universitätsmedizin Berlin）与柏林洪堡大学的最新研究发现：大脑的“形状”及其复杂程度，才是揭示婴儿成熟度、遗传背景及早产影响的核心标志物。该研究成果近日发表于《自然-神经科学》（Nature Neuroscience），为早期脑发育评估提供了全新的量化维度。
数学跨界：引入“分形分析”测量复杂度
传统 MRI 分析常侧重于脑区的体积，但忽视了皮层折叠和几何构型的动态变化。研究团队分析了“发育中人类连接组项目（dHCP）”中约800名新生儿的影像数据，引入了分形分析（Fractal analysis）。
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分形维数（Fractal dimensionality, FD）： 这是一个描述结构几何复杂性的度量值。对于初生婴儿，大脑皮层相对平滑，FD值较低；随着发育成熟，大脑皮层愈发不规则且折叠增加，FD值随之升高。
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超越体积： 研究证实，FD 这一指标在预测婴儿日龄（即成熟度）方面显著优于大脑体积、皮层厚度或褶皱数量等传统参数。
核心发现一：形状是早产与成熟度的“高精刻度”
研究人员发现，仅凭分析脑形状，就能以极高的精度预测新生儿的日龄，平均误差仅为4天。
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识别早产信号： 大脑形状捕获了早产留下的独特生物学特征（Signatures of premature birth），这些细微的形态差异是仅靠测量大脑大小无法检测到的。
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发育预测： 这一发现意味着，脑形状可以作为评估新生儿是否达到预期发育阶段的独立影像学指标。
核心发现二：脑形态深受遗传调控
通过对双胞胎数据的分析，研究揭示了大脑形状与基因的高度相关性。
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基因相似性实验： 共享近100%基因的同卵双胞胎，其脑形状的相似性极高。
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亲缘预测： 仅依据大脑形状，模型就能以约77%的综合准确率判定两名婴儿是否为双胞胎，而在同卵双胞胎中的识别准确率更是高达97%。这证明了早期大脑形状的塑造是一个受遗传因素深度驱动的程序化过程。
临床前景：寻找精神疾病的早期预警标志
论文第一作者 Stephan Krohn 博士指出，这种基于形状的分析框架不仅能用于基础研究，更具有巨大的临床转化潜力。目前，研究团队正在开展系列临床研究，探索脑形状分析是否能作为诊断神经发育障碍或精神疾病的影像学标志物（Imaging biomarkers）。如果能够建立起脑形状异常与未来发育问题的关联，将为自闭症、多动症等障碍的超早期干预提供更可靠的诊断工具。
参考文献：Stephan Krohn et al, Fractal analysis of brain shape formation predicts age and genetic similarity in human newborns, Nature Neuroscience (2025). DOI: 10.1038/s41593-025-02107-w
编辑：王洪
排版：李丽
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