遗传与环境因素对青少年脑沟形态影响及其性别差异的双生子影像学研究

As important landmark of cortical functional organization, cerebral sulcus may be related closely with development, aging, intelligence and neuropsychiatric disorders. During the development of human brain, sulcal morphology is controlled by genetic, common environmental and specific environmental influence factors, while to which extent genetic and environmental factors influence the development in brain structures is unclear. In addition, in our previous studies, we found there are gender differences in sulcal morphology characters, however, it is unknown if there is gender differences in sulcal heritability. To resolve these questions, MR data of monozygotic twin (MZ) and dizygotic twin (DZ) groups will be obtained with 3.0T MR scanner. Then the MR data will be post-processed with computer imaging method. Fifteen main cerebral sulci on each side of cerebral hemisphere will be 3D reconstructed, and sulcal length, depth, width, surface area and volume will be measured. In addition, the influence effect of genetic, common environmental and specific environmental factors will be tested, respectively. Then, the gender differences of these influence effect will also be investigated. This study will be important to advising intelligence development of young adults, and will be helpful of the prevention, diagnosis and treatment of persons with mental disability.

脑沟是大脑功能区的重要分界标志，与大脑的发育、老化、智力及脑部疾病等密切相关。在人脑的发育过程中，脑沟形态受遗传因素、共同环境因素和特异环境因素共同影响，但尚未明确各种因素的影响程度如何。我们前期研究发现脑沟形态具有一定的性别差异，然而脑沟形态的遗传度是否具有性别差异也尚未明确。我们应用3.0T磁共振机获取数据后通过计算机后处理技术对同卵双生子（MZ）和异卵双生子（DZ）的每侧大脑半球的15条主要脑沟进行重建并测量各脑沟形态学参数（沟长、沟深、沟宽、脑沟表面积和脑沟体积），进一步分别分析遗传因素、共同环境因素和特异环境因素对大脑脑沟形态学的影响程度，进而探讨其是否存在性别差异。本课题对正确指导青少年智力发育，并针对脑发育障碍者进行早期的预防、诊断及治疗具有十分重要的意义。

脑沟是大脑功能区的重要分界标志，在人脑的发育过程中，脑沟形态受遗传因素、共同环境因素和特异环境因素共同影响。我们对大脑主要的脑沟进行了形态学测量，并通过双生子模型分别计算出各形态学参数的遗传度以及共同环境和特异性环境因素的影响程度，进而分析性别因素的影响作用。我们发现：1）中央沟，左侧沟底长、右侧沟深和右侧灰质厚度为遗传因素和特异性环境因素共同作用（AE模型）；左侧沟顶长、右侧沟表面积和右侧沟体积为遗传因素、共同和特异性环境因素共同起作用（ACE模型）；左侧沟表面积、沟体积、沟深、灰质厚度、右侧沟底长、沟顶长和双侧沟宽为共同环境和特异性环境因素共同作用（CE模型）。双侧沟宽及右侧灰质厚度的遗传度具有显著的性别差异。2）顶枕沟，左侧沟底长、右侧顶长、双侧沟深和沟宽为遗传因素和特异性环境因素共同作用（AE模型）；左侧沟顶长、右侧底长和双侧沟周围灰质厚度为共同环境和特异性环境因素共同作用（CE模型），但均未发现有显著的性别差异。3）外侧沟，仅右侧外侧沟平均沟宽为共同环境和特异性环境因素共同作用（CE模型）；左侧平均沟宽、双侧底长、顶长、平均沟深均仅受特异性环境因素影响（E模型）。双侧外侧沟沟宽的遗传度具有显著的性别差异。4）距状沟，右侧底长、双侧顶长和双侧沟宽为共同环境和特异性环境因素共同作用（CE模型）；而左侧底长和双侧沟深受遗传因素和特异性环境因素共同影响（AE模型），但均无显著的性别差异。5）嗅束沟，左侧底长、沟深、双侧顶长和双侧沟宽为共同环境和特异性环境因素共同作用（CE模型）；右侧的沟深受遗传因素和特异性环境因素共同影响（AE模型）；右侧底长受遗传、共同环境和特异性环境因素共同影响（ACE模型），但未发现有显著的性别差异。6）皮质折叠度和表面积，左侧皮质表面积和折叠度受共同环境和特异性环境因素影响（CE模型）；而右侧大脑皮质表面积和折叠度受遗传因素、共同环境和特异性环境因素影响（ACE模型），双侧半球表面积的遗传度有明显的性别差异。这说明脑沟自出生后受环境因素影响变化更明显，且男、女所受环境影响的程度也存在差异。左半球大脑皮质受环境因素影响较右半球更为明显，可能与利手性有关。本研究也为大脑的发育、老化、智力及脑部疾病等方面的研究提供了一定的形态学和遗传学基础。