Nat Commun：青春期、妊娠期与绝经期，女性大脑呈现不同的结构变化模式

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| 近日，Nature Communications 发表了题为 Puberty, pregnancy, and menopause show shared and distinct structural changes across the lifespan的研究论文。研究在单一队列框架内，对女性一生中三次重大激素性生命事件------青春期（初潮前后）、妊娠（首次及再次妊娠前后）与更年期（绝经前后）------采用完全相同的 FreeSurfer 形态测量分析方法，开展了全脑纵向结构变化的直接比较（总样本 n = 1095，其中更年期数据来自英国生物银行 UK Biobank），并以各事件年龄匹配的稳定对照组区分转变特异效应与规范的发育/衰老轨迹。核心发现：青春期与妊娠均伴随广泛且相对各自对照组加速的皮层灰质减少，二者在前额叶、顶叶、颞叶联合皮层趋同，在感觉运动与扣带皮层分歧；而更年期过渡呈现性质完全不同的模式------其特征不是体积变化的加速，而是体积变化的"缺失"。 |

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| 01 | 摘要 |

女性大脑在重大激素转变期会经历广泛的重组，但青春期、妊娠和更年期究竟调用共享的还是不同的神经可塑性机制，尚不清楚。该研究在单一队列框架内使用完全相同的分析方法，比较了全部三个重大激素性生命事件的纵向脑结构变化（n = 1095），并以稳定的对照组控制规范的发育与衰老轨迹。初潮前后组和妊娠前后组均表现出广泛的皮层灰质（cortical gray matter）减少；跨队列比较显示，超过一半的皮层区域呈现不同的变化特征，同时在前额叶、顶叶和颞叶联合皮层中存在趋同。更年期前后女性则表现出与青春期和妊娠根本不同的模式：她们没有出现体积丢失，而稳定的绝经前和绝经后对照组却出现了体积丢失。因此，青春期和妊娠既共享趋同的皮层重塑，也存在区域上的分歧；而更年期代表一种性质上截然不同的模式，其特征不是体积变化的加速，而是体积变化的缺失。

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| 02 | 引言 |

女性一生可经历三次重大激素性生命事件：青春期、妊娠和更年期。每个事件都伴随性类固醇激素（sex steroid hormones）------特别是雌激素和孕激素------的深刻变化，这些激素可结合于遍布全脑的受体。纵向神经影像（longitudinal neuroimaging）研究已开始刻画青春期和妊娠期的脑结构变化，但更年期的证据仅限于一项未考察全脑灰质结构的研究。这三个事件是调用同一套神经可塑性程序，还是各自触发不同的重塑模式，此前尚未被直接检验。

青春期是第一个重大激素性生命事件，其特征是性类固醇激素的急剧增加，并与广泛的脑重塑同步。尽管多数研究聚焦整个青少年期，新兴研究已开始分离青春期特异的脑结构效应。纵向神经影像研究记录了青春期皮层灰质体积的减少。近期证据提示，初潮（menarche，第一次月经）可能是这一较大发育窗口内一个特别显著的转变点：机器学习算法可基于脑结构高精度地区分初潮前与初潮后状态。这些发现提示，初潮转变本身就是一个值得专门研究的离散神经可塑性事件，而不仅仅是连续青春期轨迹上的一个普通节点。

同样，妊娠也诱导显著的脑结构变化。该研究团队对首次成为母亲的女性开展的纵向研究，比较了受孕前、妊娠期与妊娠后的脑部扫描，发现灰质体积（gray matter volume, GMV）下降。这些减少与妊娠期雌二醇水平相关，部分变化在产后至少持续六年。该研究团队近期的工作显示，第二次妊娠期间也会发生类似变化，但存在一些特异性差异。妊娠相关变化主要影响默认模式网络（default mode network, DMN）和心智理论（theory-of-mind）网络的脑区，两者均与社会认知等社会过程相关，提示这些变化可能代表支持母性照护行为和母婴联结的适应性重塑。值得注意的是，该研究团队此前一项研究表明，首次妊娠期间脑形态学变化的幅度与模式同青春期女孩惊人地相似，两组表现出相当水平的月度体积减小速率。

与逐渐兴起的青春期和妊娠研究形成鲜明对比的是，更年期研究极为匮乏。迄今仅有一项纵向神经影像研究考察了更年期过渡期的灰质体积变化，且仅关注海马萎缩。横断面研究提示更年期影响额叶和颞叶皮层区域，但缺乏全脑纵向数据，限制了对以下问题的认识：更年期过渡期皮层变化的轨迹、这些变化的区域特异性，以及激素下降是否产生与青春期和妊娠期激素上升相反的变化模式。

近期一篇综述总结了女性全生命周期的结构 MRI 证据，提示每次转变都伴随区域特异的灰质变化；但在单一框架内对全部三次转变进行全脑纵向比较的缺失，使"共享机制还是不同机制"这一根本问题悬而未决。这些转变可能由性类固醇激素波动驱动、调用相互重叠的神经可塑性过程，从而预测广泛共享的空间模式------尽管在激素下降与激素上升时方向可能相反。此外，每次转变也可能调用适应各阶段特定需求的独特机制：青春期的神经发育特化、妊娠期的母性照护准备、更年期对生殖衰老的适应。这些不同的适应需求可能预示着不同的区域靶点，即便涉及相同的激素系统。要区分共享与独特机制的程度，需要直接比较各次转变在空间范围、区域特异性和变化幅度上的差异。

为解决这些问题，该研究在单一研究中使用 longitudinal neuroimaging 数据、应用完全相同的分析方法，比较了全部三个重大女性激素性生命事件的脑结构变化。该研究在所有队列中一致地采用基于 FreeSurfer 的形态测量分析，从而得以定量比较效应量、空间模式和区域特异性。关键的是，该研究不仅纳入了初潮前后组、妊娠组和更年期组，还纳入了稳定的对照组，以帮助将转变特异的效应与正常的发育或衰老轨迹区分开来。由此，每个队列分为三组：青春期队列包括初潮前后组，并以稳定初潮前组和稳定初潮后组作为对照；妊娠队列中，初产妇和经产妇与扫描间隔相近的未产妇（nulliparous）对照组比较；更年期队列的更年期前后组由第一次报告尚未绝经、第二次报告已绝经的女性构成，并以稳定的绝经前组和稳定的绝经后组作为对照。

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| 03 | 结果 |

总灰质、皮层灰质与皮层下灰质体积的变化

为刻画青春期脑结构变化的幅度，该研究首先比较了青春期队列内各组的灰质体积月度变化率。青春期队列（n = 142）的初潮状态基于自我报告，包括稳定初潮前组（n = 49）、初潮前后组（n = 34）和初潮后组（n = 59）。所有变化率均基于每位受试者指定间隔（青春期队列为 T1--T2 或 T2--T3，妊娠和更年期队列为 T1--T2）上计算的纵向变化，表示为经估计颅内总体积（estimated total intracranial volume, eTIV）校正的双侧灰质体积的月度百分比变化。

**青春期队列。**单因素方差分析（one-way ANOVA）显示，总灰质体积（F(2,139) = 4.79，p = 0.0010，η² = 0.060）、皮层体积（F(2,139) = 5.49，p = 0.005，η² = 0.070）和皮层下体积（F(2,139) = 4.82，p = 0.009，η² = 0.060）均存在显著的组间差异。事后 Tukey HSD（图基真实显著差异）检验显示，就总灰质体积而言，稳定初潮前组与初潮前后组差异显著（均值差 = 0.23 mm³/月，p = 0.007，d = 0.69），皮层体积也有类似模式（均值差 = 0.247 mm³/月，p = 0.004，d = 0.73）。皮层下体积方面，稳定初潮前组与稳定初潮后组（均值差 = 0.189 mm³/月，p = 0.025）以及与初潮前后组（均值差 = 0.22，p = 0.021）差异显著，而初潮前后组与稳定初潮后组之间无显著差异；详细统计见补充表 4。

为刻画这些组间差异的方向，采用单样本 t 检验评估各组月度变化率是否显著区别于零（Bonferroni 校正阈值：p < 0.0055），见补充表 5 和图 1。初潮前后组表现出总灰质（t(33) = −5.88，p < 0.001，M = −0.13 mm³/月，95% CI = −0.17, −0.08）和皮层体积（t(33) = −6.84，p < 0.001，M = −0.16 mm³/月，95% CI = −0.21, −0.11）的显著月度减少，而稳定初潮前组和稳定初潮后组在这些指标上均未表现出显著偏离零的月度变化。皮层下体积方面，稳定初潮前组表现出显著的月度增加（t(48) = 3.05，p = 0.004，M = 0.19 mm³/月，95% CI = 0.065, 0.32），而初潮前后组和稳定初潮后组均与零无显著差异。任何组均未观察到基线年龄与月度变化率之间的显著关联，见补充表 6。

**妊娠队列。**为刻画妊娠期脑结构变化的幅度，该研究首先比较了各组灰质体积月度变化率。单因素方差分析显示，总灰质体积（F(2,106) = 28.67，p < 0.001，η² = 0.35）和皮层体积（F(2,106) = 22.83，p < 0.001，η² = 0.30）存在显著组间差异，但皮层下体积无显著差异（F(2,106) = 3.47，p = 0.035，η² = 0.06），未通过 Bonferroni 校正。事后 Tukey HSD 检验显示，就总灰质和皮层体积而言，初产妇和经产妇均与未产妇对照差异显著（总灰质：t(107) = −6.80，p < 0.0001，η² = 0.30 和 t(107) = −6.03，p < 0.0001，η² = 0.25；皮层：t(107) = −6.01，p < 0.0001，η² = 0.25 和 t(107) = −5.50，p < 0.0001，η² = 0.22），但两组产妇之间无显著差异（总灰质：t(107) = −0.23，p = 0.97；皮层：t(107) = −0.04，p = 0.999）；见补充表 4。

为刻画这些组间差异的方向，采用单样本 t 检验评估各组月度变化率是否显著区别于零（Bonferroni 校正阈值：p < 0.0055），见补充表 5 和图 1。初产妇（t(39) = −8.24，p < .001，M = −0.12 mm³/月）和经产妇（t(29) = −8.55，p < 0.001，M = −0.11 mm³/月）均表现出总灰质体积的显著月度减少，而未产妇对照组与零无显著差异（t(39) = 1.093，p = 0.28）。皮层体积呈高度相似的模式：初产妇（t(39) = −6.38，p < 0.001，M = −0.12 mm³/月）和经产妇（t(29) = −8.33，p < 0.001，M = −0.12 mm³/月）显著减少，而对照组无显著变化（t(39) = 1.60，p = 0.12）。皮层下体积方面，三组均观察到显著减少（初产妇：t(39) = −5.75，p < 0.001；经产妇：t(29) = −5.86，p < 0.001；未产妇对照：t(38) = −4.11，p < 0.001）。任何组均未观察到基线年龄与月度变化率之间的显著关联；见补充表 6。

**更年期队列。**为刻画更年期前后脑结构变化的幅度，该研究首先比较了各组灰质体积的月度变化率。单因素方差分析显示，总灰质体积（F(2, 840) = 2.11，p = 0.122，η² < 0.01）、皮层体积（F(2, 840) = 1.93，p = 0.146，η² < 0.01）和皮层下体积（F(2, 840) = 0.057，p = 0.944，η² < 0.01）均无显著组间差异。

为刻画各组内部的变化方向，采用单样本 t 检验评估各组月度变化率是否显著区别于零（Bonferroni 校正阈值：p < 0.0055），见补充表 5。总灰质体积方面，稳定绝经前组（t(48) = −3.61，p < 0.001，M = −0.033 mm³/月）和稳定绝经后组（t(673) = −9.28，p < 0.001，M = −0.025 mm³/月）表现出显著的月度减少，而更年期前后组未表现出显著变化（t(119) = −2.43，p = 0.017，M = −0.013 mm³/月；经经 Bonferroni 校正后不显著）。皮层体积呈类似模式：稳定绝经前组（t(48) = −3.25，p = 0.002，M = −0.033 mm³/月）和稳定绝经后组（t(673) = −10.22，p < 0.001，M = −0.028 mm³/月）显著减少，更年期前后组不显著（t(119) = −2.35，p = 0.021，M = −0.013 mm³/月；校正后不显著）。皮层下体积方面，三组均观察到显著减少（稳定绝经前：t(48) = −3.56，p < 0.001；更年期前后：t(119) = −5.99，p < 0.001；稳定绝经后：t(673) = −13.49，p < 0.001）。

任何组均未观察到基线年龄与月度变化率之间的显著关联；见补充表 6。排除任何时间点使用激素替代治疗（hormone replacement therapy, HRT）的受试者后，结果不变；见补充表 7。

图 1（原文图 1）：三个女性激素转变队列中，各组总灰质、皮层灰质和皮层下灰质体积月度变化率分布的小提琴图；星号表示变化率显著区别于零的组，括号星号表示队列内组间差异显著。

区域特异性分析

**青春期队列。**对 74 个皮层区域的主成分分析（principal component analysis, PCA）显示，第一主成分（PC1）解释了皮层脑变化 55.18% 的总方差，后续成分明显下降（PC2:3.98%，PC3:2.80%）；见补充图 3。全部 74 个区域均表现出中等载荷（0.10--0.15）；见图 2 和补充表 8。载荷的主导方向为负，与这些区域灰质减少相符，与既往研究一致。

单因素方差分析显示 PC1 得分存在显著组间差异（F(2,138) = 8.07，p < 0.001，η² = 0.10）。事后 Tukey HSD 比较显示，初潮前后组女孩的 PC1 得分显著高于稳定初潮前女孩（t(138) = 3.96，p < 0.001，d = 0.89）和稳定初潮后女孩（t(138) = 1.90，p = 0.038，d = 0.41），表明其主导的皮层变化模式表达更强。稳定初潮前组与稳定初潮后组之间无显著差异（t(138) = 2.48，p = 0.143）；见补充表 9。

为检验年龄或随访时长是否影响 PC1 得分，以 PC1 为结局、组别为预测变量分别单独加入各协变量估计线性模型。年龄主效应（β = −0.292，p = 0.33）和组别 × 年龄交互（F(2,134) = 0.47，p = 0.628）均不显著，提示年龄并未混淆 PC1 得分的组间差异。然而，随访时长对 PC1 得分有显著主效应（β = 0.384，p < 0.001），且随访时长在各组间差异显著（F(2,138) = 8.69，p < 0.001，η² = 0.12）。组别 × 随访时长交互不显著（F(2,135) = 0.58，p = 0.561）。

由于总皮层下灰质的显著组间差异仅见于青春期队列，该研究在 8 个双侧皮层下结构内考察了月度变化率。Kruskal-Wallis（克鲁斯卡尔-沃利斯）检验显示，丘脑（H(2) = 12.64，pFDR = 0.012，η² = 0.090）、海马（H(2) = 8.15，pFDR = 0.034，η² = 0.058）、壳核（H(2) = 9.89，pFDR = 0.019，η² = 0.070）和腹侧间脑（H(2) = 11.59，pFDR = 0.012，η² = 0.082）存在显著组间差异；见补充表 10 和补充图 4。事后分析显示：丘脑方面，稳定初潮前组与初潮前后组（W = 1211，p = 0.0014，r = 0.454）及与稳定初潮后组（W = 1880，p = 0.022，r = 0.301）差异显著，而初潮前后组与初潮后组之间无显著差异（W = 951，p = 1.00）。海马方面，仅两个稳定组之间存在显著差异（W = 1874，p = 0.025，r = 0.296），初潮前后组与两个稳定组之间均无显著差异。壳核方面，稳定初潮前组与初潮前后组之间存在显著差异（W = 1162，p = 0.0071，r = 0.40），而初潮后组与初潮前后组（W = 837，p = 0.56）或与初潮前组（W = 1782，p = 0.11）之间均无显著差异。腹侧间脑方面，稳定初潮前组与稳定初潮后组（W = 1913，p = 0.012，r = 0.32）以及初潮前后组与稳定初潮后组（W = 1305，p = 0.049，r = 0.30）之间存在显著差异，而稳定初潮前组与初潮前后组之间无显著差异（W = 1041，p = 0.16）。

评估月度变化率是否偏离零的 Wilcoxon（威尔科克森）符号秩检验显示，稳定初潮前组丘脑存在显著为正的月度变化率（p = 0.0018），并通过 Bonferroni 校正（p < 0.0021）。其他任何皮层下结构在任何组中均未表现出显著的月度变化；见补充表 11。同样，任何组中任何皮层下结构的年龄与月度变化率之间均未观察到显著相关；见补充表 12。

**妊娠队列。**皮层 PCA 显示，PC1 解释了皮层脑变化 48.59% 的总方差，后续成分明显下降（PC2:5.64%，PC3:4.21%）；见补充图 3。PC1 载荷检查显示三个区域贡献较强（载荷 > 0.15）：楔前叶、颞上沟和上顶小叶，与既往妊娠相关脑变化的报告大体一致（见图 2）。另有 52 个区域表现出中等载荷（0.10--0.15）；见补充表 13。载荷的主导方向为负，与协调一致的灰质减少相符，与既往研究一致。

单因素方差分析显示 PC1 得分存在显著组间差异（F(2,106) = 23.38，p < 0.001，η² = 0.31）。事后 Tukey HSD 比较显示，初产妇（PRG1 vs. 对照：t(106) = 6.17，p < 0.001，d = 1.39）和经产妇（PRG2 vs. 对照：t(106) = 5.50，p < 0.001，d = 1.34）的 PC1 得分均显著高于未产妇对照，提示孕产妇主导性协调皮层变化模式的表达更强。初产妇与经产妇之间无显著差异（t(106) = 0.22，p = 0.97，d = 0.05），提示无论产次如何，妊娠相关脑变化的核心模式相似；见补充表 14。

为检验年龄是否影响 PC1 得分，以 PC1 为结局、组别为分类预测变量、年龄为协变量估计线性模型。年龄主效应不显著（t(105) = −1.41，p = 0.162）。检测到显著的组别 × 年龄交互（F(2, 103) = 5.34，p = 0.006，η² = 0.06），提示年龄与皮层变化模式的关系在各组之间存在差异。组内年龄斜率检查显示，初产妇中年龄与 PC1 得分呈显著负相关（t(103) = −3.43，p = 0.001，b = −0.75），表明较大的母亲年龄与主导皮层变化模式的更强表达相关。经产妇（t(103) = 0.67，p = 0.506）和未产妇对照（t(103) = 0.80，p = 0.425）中未观察到显著年龄效应；见补充图 5。

**更年期队列。**皮层 PCA 显示，PC1 解释了 23.55% 的总方差，后续成分明显下降（PC2:10.68%，PC3:6.35%）；见补充图 3。PC1 载荷检查显示 17 个区域贡献较强（载荷 > 0.15），包括额上回、额中回和眶回（见图 2）。另有 26 个区域表现出中等载荷（0.10--0.15）；见补充表 15。载荷的主导方向为正，与青春期和妊娠队列相反。

单因素方差分析显示 PC1 得分存在显著组间差异（F(2, 840) = 3.47，p = 0.031，η² = 0.0082）。事后 Tukey HSD 比较显示，更年期前后组女性的 PC1 得分显著高于稳定绝经后组（t(840) = 2.55，p = 0.030）。稳定绝经前组与更年期前后组之间（t(840) = −1.85，p = 0.15）以及两个稳定组之间（t(840) = −0.42，p = 0.91）均未观察到显著差异；见补充表 16。

为检验年龄、随访时长、HRT 使用或产次是否影响 PC1 得分，以 PC1 为结局、组别为预测变量、分别单独加入各协变量估计线性模型。年龄主效应（t(839) = 0.51，p = 0.61）和组别 × 年龄交互（F(2, 837) = 2.56，p = 0.078）均不显著。随访时长主效应（t(839) = 1.91，p = 0.056）和组别 × 随访时长交互（F(2, 837) = 0.88，p = 0.42）同样不显著。HRT 主效应（t(839) = 1.60，p = 0.11）和组别 × HRT 交互（F(2, 837) = 1.59，p = 0.21）也不显著。产次主效应（t(839) = 0.69，p = 0.49）和组别 × 产次交互（F(2, 837) = 2.00，p = 0.14）亦不显著，提示这些因素均未混淆 PC1 得分的组间差异。

图 2（原文图 2）：三个队列主成分（PC1）载荷最高的前 20 个皮层区域脑图（按 PCA 载荷着色）及各组 PC1 得分分布。

跨队列区域定位比较

为评估三个队列中前后组灰质变化在全皮层分区上的分歧或趋同情况，对全部 74 个双侧 Destrieux 皮层区域进行了 Kruskal-Wallis 检验。结果显示，三个队列前后组特异性的灰质月度变化率在全部 74 个区域均存在显著差异（FDR 校正后 pFDR ≤ 0.001，η² 范围 = 0.073--0.563；中位 η² = 0.376），见补充表 17 和 18。近乎普遍的整体显著性，加之全部 74 个区域中以大幅度为主的效应量，表明 PCA 所选区域中识别出的分歧模式可推广至整个皮层分区。

经 FDR 校正的成对事后检验（对全部 74 个区域校正）显示一致的方向性模式，见补充表 19。在 74 个显著区域中的 67 个，青春期队列和妊娠队列的前后组均表现出低于零的对照校正变化率（即下降幅度大于对照），而更年期前后组相对稳定的绝经前女性变化率处于或接近零。青春期和妊娠在全部 67 个区域均呈此模式；更年期前后组在其中的 60 个区域变化率为正值，为负的区域其变化率相对其他两个前后组也可忽略不计。这些发现证实，青春期和妊娠的特征均为相对对照加速的皮层体积丢失，而更年期前后则不然。

**青春期与妊娠 > 更年期。**在 34 个区域，更年期前后组与初潮前后组和妊娠组均有显著差异，而青春期与妊娠两组之间无显著差异，效应量普遍较大（η² 中位数 = 0.38，范围 = 0.14--0.54；图 3）。这些区域广泛分布于外侧及眶额皮层、颞上回与颞上沟、下顶叶与上顶叶皮层、后扣带回、楔前叶、梭状回与海马旁皮层以及枕颞区域，双侧覆盖整个联合皮层。

图 3（原文图 3）：青春期与妊娠趋同的区域------更年期转变组与另两组差异显著，而青春期与妊娠两组之间无显著差异的皮层区域（上：各区域对照校正的灰质月度变化率；下：按效应量着色的脑图）。

**青春期 > 妊娠 > 更年期。**另有 33 个区域，全部三组两两比较均达显著（η² 中位数 = 0.410，范围 = 0.211--0.563；图 4A）：初潮前后组的下降幅度大于妊娠，妊娠又大于更年期。这些区域跨越感觉运动、扣带、额叶、颞叶和枕叶皮层，包括中央前回与中央后回、旁中央及中央下回与沟、额上回与额上沟、前扣带与中扣带、顶内沟、颞上回与横回、顶枕沟、外侧裂以及枕上区域。注意其中一个区域------胼胝体下回------仅在更年期与青春期之间存在差异（η² = 0.073）。

**青春期 > 妊娠与更年期。**在 6 个区域，初潮前后组的下降幅度大于妊娠和更年期过渡，而后两者之间无显著差异（图 4B；η² 范围 = 0.117--0.347）。这些区域包括长岛回与中央盖沟、短岛回、中央沟、岛下环沟、外侧眶沟和横颞沟。该组内中央沟和岛叶区域的效应量最大，提示这些区域的青春期轨迹在性质上不同于另外两次转变，也不具备与妊娠在大部分皮层上所共享的更广泛趋同性。

图 4（原文图 4）：青春期与妊娠分歧的区域。A 为呈"青春期 > 妊娠 > 更年期"阶梯梯度的皮层区域；B 为青春期特异（青春期 > 妊娠与更年期）的区域。

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| 04 | 讨论 |

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| 本研究在单一框架内应用相同的分析方法，使用 longitudinal neuroimaging 数据，比较了青春期、妊娠和更年期三次重大女性激素转变的脑结构变化。该方法揭示了不同程度的脑可塑性，其变化幅度、空间分布和变化方向均存在明显差异。 |

该研究首先考察了三个队列总灰质、皮层和皮层下灰质的月度变化率。在青春期队列中，正经历初潮的女孩表现出显著的总灰质和皮层灰质下降（−0.13/−0.16%/月），这一模式在年龄匹配的稳定初潮前组和稳定初潮后组中未被观察到。组间比较证实了显著差异，特别是初潮转变组与年龄匹配的稳定初潮前组之间。初产妇和经产妇同样表现出总灰质和皮层灰质的下降速率（−0.12/−0.11%/月）。与该研究团队此前的工作一致，这些发现提示妊娠期与青少年期的灰质体积变化速率相当。然而，此处更细致的分析也揭示了总皮层体积上的分歧：从初潮前过渡到初潮后的女孩，其灰质体积变化率高于首次或再次成为母亲的女性。更年期队列则呈现不同的模式：更年期前后女性未表现出显著的皮层或总灰质变化，而稳定绝经前组和稳定绝经后组均表现出显著下降。这种分歧模式------更年期前后女性未表现出显著体积变化而稳定组却有------提示更年期过渡期本身可能存在年龄相关下降的减弱，尽管直接的组 × 时间对比并不显著，这一解释应视为初步性的。总之，青春期和妊娠均表现出转变特异的皮层体积下降，而更年期在转变期本身表现为下降的缺失。

这些发现与性类固醇激素变化同脑体积变化之间的方向性关联一致。青春期和妊娠均以雌激素和孕激素的大幅升高为特征，既往研究已证明这些转变期间的脑变化与性类固醇水平的上升直接相关。初潮组和妊娠组中观察到的协调性体积减小与这一激素轨迹相符。相反，更年期的特征是性类固醇激素------特别是雌激素和孕激素------的下降。该研究在两个时间点均为绝经前或绝经后的女性中观察到总灰质和皮层灰质的显著变化，但在第一次为绝经前、第二次为绝经后的女性中未观察到，提示激素转变改变了相对规范衰老的灰质变化轨迹。值得注意的是，这种激素下降似乎与不同程度的脑可塑性相关：青春期和妊娠在激素上升期表现出体积减小，而该研究的发现指向稳定绝经前组和绝经后组中持续的年龄相关体积下降在更年期过渡期有所减弱。因此，激素变化的方向（青春期和妊娠的上升与更年期的下降）似乎与体积变化的方向相关联，与激素对神经可塑性过程的调节作用一致。

青春期队列的区域分析显示，与两个稳定组（稳定初潮前组和稳定初潮后组）相比，正经历初潮的女孩 PC1 得分更高，反映出其与全皮层范围的体积下降模式有更大的契合。构成该成分的载荷广泛分布于皮层，跨越额叶、颞叶、顶叶、感觉运动和枕叶区域，无明确的区域特异性。这与跨队列发现一致：相对稳定的初潮前同龄人，转变组在全部 74 个区域均表现出广泛的皮层体积下降。这提示初潮转变与广泛的皮层重塑加速相关，而非局限于特定区域的重组织。这与"初潮状态可基于结构 MRI 数据与一般年龄相关的脑成熟相区分"的证据一致，支持如下假说：该转变携带的神经生物学特征超越了更宽泛的青春期相关发育。据目前所知，此前没有 longitudinal 研究通过将转变组女孩与初潮前和初潮后两个稳定组相比较，将初潮转变作为一个离散的神经生物学事件直接分离出来。该设计使本研究得以刻画这一特定皮层变化窗口。

妊娠队列的区域分析显示，与未产妇对照相比，初产妇在广泛分布于额叶、颞叶、顶叶、感觉运动和枕叶皮层的区域中表现出主导性协调皮层变化模式的更强表达。该成分载荷最高的区域聚集在后顶叶和颞上区域，包括楔前叶、颞上沟和上顶小叶，与既往 longitudinal 工作中下降幅度最大的区域一致。值得注意的是，这种协调的顶颞特征强度随初产妇的母亲年龄而变化，年龄越大主导变化模式表达越强；这一关系在经产妇和未产妇对照中不存在。

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| 更年期队列的区域分析揭示了与另外两次转变性质不同的模式。主成分分析识别出一个协调成分，其载荷集中于额叶和颞叶区域------包括额上回、额中回、眶回和多个颞叶区域------可将转变组与稳定绝经后女性区分开。然而值得注意的是，该成分解释的方差明显低于另外两个队列（23.55%，而青春期和妊娠分别为 55.2% 和 48.6%），且总体效应量较小（η² = 0.008），提示更年期过渡期的协调性区域变化远不如青春期或妊娠显著。该研究注意到，PCA 是在三组混合数据上进行的，这意味着解的协方差结构更大程度上受稳定绝经后组影响------该组构成更年期队列的绝大多数。这是 UK Biobank 样本固有的组大小不平衡所致。与所有其他分析所用的 ANOVA 和 Kruskal-Wallis 检验（不假设各组大小相等、不受此不平衡不利影响）不同，PCA 对每条观测对估计所得协方差矩阵的相对贡献敏感。因此，主成分优先沿稳定绝经后组中最显著的方差方向定向，转变组沿该成分的分离应在此前提下解读：它反映的是转变组偏离混合样本主导方差模式的程度，而非一个独立定义的维度。 |

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| 皮层区域灰质变化的跨队列比较显示，对于超过一半的皮层区域，青春期和妊娠转变呈现出不同的而非趋同的体积变化特征。在 33 个区域，三次转变呈阶梯梯度：相对对照，青春期下降幅度最大，其次是妊娠，再次是更年期。这些阶梯区域集中于运动和前运动皮层及扣带皮层，同时也覆盖部分前额叶、颞叶和枕叶区域。另有 6 个区域，青春期的下降幅度大于妊娠和更年期，而后两者之间无差异。这些区域主要是岛叶区域（长岛回和中央盖沟、短岛回和岛下环沟），此外还有中央沟、外侧眶沟和横颞沟。岛叶发现尤其值得注意：前岛沟和上岛沟表现出较大集群的阶梯模式，而岛下环沟以及长和短岛回则表现出青春期特异、不共享于妊娠或更年期的模式，表明岛叶亚区对各转变的敏感性存在实质差异。 |

尽管如此，青春期与妊娠之间在 34 个区域仍存在相当程度的趋同：这些区域中，转变期女孩与初产妇的对照校正变化率无显著差异，且两个队列的下降幅度均大于更年期转变。这些趋同区域集中于前额叶皮层、顶叶皮层和颞叶皮层，另有部分枕叶参与。运动与前运动皮层以及扣带回的全部范围均不在趋同集群之列------它们仅表现出阶梯式分歧。这种解剖学上的分离提示：青春期与妊娠之间的分歧程度在承担感觉运动和内感受功能的区域最大，而高级联合皮层（即前额叶、顶叶和颞叶）在两次转变之间更趋于趋同。

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| 跨队列比较进一步强调，更年期的特征不是体积丢失的加速，而是其缺失。青春期和妊娠在皮层绝大多数区域表现出负的对照校正变化率，而更年期转变组在更年期与其他队列差异显著的 60 个区域中的 53 个，其变化率等于或高于稳定绝经前同龄人。七个名义上为负速率的区域，其对照校正值接近零（范围 −0.003 至 −0.017 %/月），与同区域的青春期和妊娠速率相比可忽略不计。这些发现共同表明，青春期和妊娠既调用共享的，也调用不同的皮层重塑机制。该研究在此以描述性而非机制性的方式使用"脑可塑性"一词，因为该研究的结构数据无法确定这种减弱反映的是可塑性的增强，还是仅仅是年龄相关下降的放缓，也无法确定它是否携带与青春期和妊娠期所描述的相当的机会或脆弱性。更年期仍代表一种性质上不同程度的脑可塑性，其定义不在于什么发生了变化，而在于什么没有发生变化。 |

皮层下发现仅限于青春期队列，因为妊娠和更年期队列的皮层下灰质体积均显著下降。尽管既往研究记录了妊娠和更年期过渡期的皮层下结构变化，但那些发现针对的是单个亚结构；本研究考察的聚合总皮层下体积可能对检测此类区域特异效应不够敏感。更年期队列中皮层下效应的缺失值得特别考虑。越来越多的文献提示特定内侧颞叶结构对更年期过渡有选择性敏感， longitudinal 研究报告了更年期转变女性的海马灰质减少和阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）生物标志物负担增加。手术绝经造成卵巢激素骤然而非渐进性下降，与晚年较小的杏仁核体积和更薄的海马旁－内嗅皮层相关，提示内侧颞叶的完整性可能对转变期激素变化的速率敏感。本研究排除了接受双侧卵巢切除术的女性，且仅考察总皮层下体积------这一复合指标可能稀释了集中于内侧颞叶亚结构的区域特异效应。类似的注意事项也适用于妊娠队列，已有 longitudinal 研究报告了下丘脑和海马等结构的变化。

与皮层模式（前后组变化最显著）相反，青春期队列的皮层下发现呈现出性质不同的轨迹。妊娠或更年期队列未观察到显著的皮层下变化，而青春期队列的总皮层下体积存在显著的组间差异，其驱动因素是稳定初潮前组------该组的变化率高于另外两组。对 8 个双侧皮层下结构的区域分析显示，这一模式由四个特定区域承载：丘脑、壳核、腹侧间脑和海马。这四个区域中，稳定初潮前组均表现出最高的平均月度变化率，与初潮前持续进行的皮层下生长阶段一致，这是早期青春期的特征。然而，这种生长出现减弱的时间点因结构而异。丘脑、壳核和腹侧间脑方面，稳定初潮前组与初潮前后组差异显著，而初潮前后组与稳定初潮后组之间无显著差异。这可能提示这些结构的生长在初潮转变期本身或其前后开始减弱。这与既往 longitudinal 证据一致：女性的壳核和丘脑呈非线性轨迹，其特征是早期峰值后于青春期后期各阶段趋于稳定。腹侧间脑也观察到类似的初潮前减弱模式，该 FreeSurfer 定义区域包括黑质、丘脑底核和外侧膝状体核，在青春期文献中受到的关注有限；既往工作主要在男性中发现青春期时相与腹侧间脑体积之间的关联。海马的模式则有所不同：显著的组间差异存在于两个稳定组之间，初潮前后组居中但与两组均无显著差异，提示海马生长的减弱可能延伸至初潮转变期之外，并在初潮后时期以更渐进的方式持续。这与"海马体积在整个青春期持续增长，于中晚期青少年期达到峰值"的证据大体一致，也与纹状体体积早于海马体积达到峰值的既往提示相符。其余四个结构（杏仁核、尾状核、苍白球和伏隔核）经校正后未显示显著的组间差异。尽管如此，稳定初潮前组在全部 8 个结构中均表现出持续为正的平均月度变化率，提示"初潮前体积生长，随后减弱"的方向性模式可能是更广泛的皮层下现象，只是本研究功效不足以在所有区域将其检出。总之，这些发现将青春期的皮层下发育描绘为一个区域特异的过程：体积生长在初潮前持续进行，在青春期转变过程中因结构而异、于不同时点减弱。

该研究基于可观察的发育标志定义各转变：以初潮为青春期标志、以末次月经为更年期标志，从而能够使用相同的分析框架进行直接的跨队列比较。两个标志均基于单项自我报告而非临床分期，因此应理解为操作性定义的转变点，而非精确的生物学分期。尽管显著的激素变化先于初潮和更年期出现，自我报告的初潮和末次月经是离散的、易于回忆的事件，可通过单一项目在各队列间一致地评估，这与更连续的或临床密集的分期方法形成对比。在青春期队列中，基于自我报告归类为初潮前的女孩可能已在经历青春期激素变化，因为显著的激素变化先于第一次月经。类似地，自我报告的更年期问题无法区分绝经前与围绝经期（perimenopause），意味着部分在 T1 被归类为绝经前的女性可能已处于更年期转变中。青春期队列中，转变组的 T2 扫描平均在报告初潮后 1.27 ± 0.91 年获得，稳定初潮后组的 T1 扫描平均在初潮后 2.15 ± 1.31 年获得。更年期队列中，前后组的 T2 扫描平均在报告绝经后 2.16 ± 2.14 年获得，稳定绝经后组的 T1 扫描平均在绝经后 5.85 ± 4.42 年获得。这些间隔反映了每次扫描与报告转变之间的时间邻近性，尽管变异较大（更年期队列尤其如此），表明扫描时受试者完成转变的远近存在相当的异质性。因此，更年期队列中的零结果应谨慎解读：它反映的是现有操作性定义的分组，而非更年期转变全程无脑变化的证据。

纳入稳定的转变前组（与转变组年龄匹配）和转变后组，有助于将转变特异的效应与持续的发育或年龄相关过程区分开，不过这一解释受到一种可能性的限制：稳定绝经前组中部分女性可能已处于围绝经期。很少有研究将初潮本身作为脑结构变化的离散转变标志。然而，近期机器学习方法证明，可基于脑结构以相当高的准确率对初潮前与初潮后状态进行分类。就更年期而言，此前仅有一项研究对围绝经期和绝经后女性进行了 longitudinal 考察，聚焦海马灰质减少。本研究通过纳入两个对照组（两个时间点均为绝经前，以及两个时间点均为绝经后的女性），以 longitudinal 方式扩展了这项工作，考察总灰质和皮层变化。

需要指出，本研究未纳入男性作为对照，因为月经、妊娠和更年期是 tied 于女性生殖生理的性别特异性生物学过程，任何女性－男性比较都会将基于性别的脑衰老差异与本研究关注的激素转变效应混淆。女性和男性具有根本不同的脑衰老轨迹，年龄相关体积下降的强度因性别而异，并在皮层和皮层下各区域有所不同，更年期转变还会在中年进一步调节这些性别差异。

若干局限性值得考虑。第一，该研究使用月度变化率以兼顾受试者之间扫描间隔的差异。该方法虽能实现公平比较，但必然简化了已知的非线性轨迹------青春期和妊娠尤其如此，其变化可能在特定窗口最为迅速。未来采用更密集评估的研究可更好地刻画这些非线性模式。

第二，各数据集在不同的 MRI 扫描仪上采集。该研究未在队列间进行数据协调（harmonization），因为跨队列协调需要假设初潮、妊娠和更年期通过足够相似的机制影响大脑，从而有理由将其视为单一生物学过程的变体------这一假设与该研究"不同程度脑可塑性"的假说相矛盾。此外，由于各队列在不同扫描仪上采集，对跨队列绝对速率的比较应谨慎解读。为最小化软件相关的变异，所有队列均使用 FreeSurfer 7 处理；尽管各队列间存在小的子版本差异，FreeSurfer 的发布说明确认，在未启用新特性时，recon-all 在全部 7.X 版本中产出完全一致的 aparc.a2009s 和 aseg 输出，即这些子版本差异不影响该研究的结果。该研究的主要跨队列推断基于转变特异的效应量（各队列内转变组与对照组速率之差），而非原始体积幅度，这降低了（但不能完全消除）扫描仪和软件相关测量差异的影响。

第三，尽管本研究首次直接 longitudinal 比较了三次重大女性激素转变的脑结构变化，但若干本可进一步丰富解释的数据类别在一个或多个队列中无法获得。尽管内分泌指标已在妊娠队列中采集并发表，但跨三个队列协调统一的激素数据无法获得，这意味着：虽然这些转变的激素方向性可从其公认的内分泌特征推断，但在当前跨队列框架下无法系统评估直接的激素－脑关联。激素避孕药使用的系统性数据未在各亚队列间一致采集，现有避孕药使用变量的完整度不足以支持正式的敏感性分析。该研究不能排除激素避孕药使用可能对观察到的皮层灰质减少有贡献，尤其是前额叶和扣带区域------既往研究发现口服避孕药使用与皮层体积和皮层厚度之间存在关联。同样，由于三个队列来源独立、数据收集方案不同，社会经济地位、心理健康和压力水平等额外协变量的协调测量也无法获得；这些因素在个体层面的变异可能贡献于本文报告的脑变化率的组内变异。相关地，尽管该研究在更年期队列中将产次作为协变量纳入，但初潮年龄等协调统一的生殖史变量在所有队列中都不可得，阻碍了累积生殖史如何塑造这些转变中的结构变化的系统评估。研究团队希望当前结果之后能有采用协调统一、多模态数据采集的前瞻性研究，直接回答这些问题，量化女性全生命周期的激素－脑关系，并考察生殖、心理和社会因素对本文观察到的脑结构变化模式的相对贡献。

本研究使用 longitudinal 数据、在单一队列框架内应用相同的分析方法，比较了三次重大女性激素转变的脑结构变化。通过纳入与转变组并列的同龄稳定对照组，该研究证明了所观察到的体积变化是转变特异的，而非连续发育或衰老轨迹的反映。

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| 该研究的发现揭示了各转变之间的趋同与分歧。皮层区域的跨队列比较显示，在超过半数的区域，初潮前后组的灰质减少速率高于妊娠前后组；感觉运动和扣带区域呈阶梯梯度：青春期下降幅度大于妊娠，妊娠又大于更年期。较小的一组区域表现出青春期特有的轨迹，不同于另外两次转变。尽管如此，青春期与妊娠之间仍存在相当程度的趋同，遍及前额叶、顶叶和颞叶联合皮层------在这些区域，两次转变相对各自对照表现出相当的体积下降速率，且均远大于更年期。 |

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| 更年期则呈现根本不同的模式，不是体积丢失的加速。转变组女性在皮层绝大多数区域的变化率等于或高于稳定绝经前同龄人，与早期两次转变形成鲜明对比。确实，稳定绝经前和绝经后女性均表现出总灰质和皮层灰质体积的显著减少，而转变组却没有。这提示绝经前向绝经后的过渡在神经生物学上有别于初潮和妊娠转变，其定义不在于什么发生了变化，而在于什么没有发生变化。 |

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| 总之，这些结果确立，在女性一生的这些激素转变中，女性大脑经历了多种形式的重组------青春期和妊娠共享广泛趋同的皮层重塑特征，而更年期代表一种性质上不同程度的脑可塑性，其定义是体积变化的减弱而非加速。这些模式与各转变中激素变化的方向相一致，为"内分泌波动如何关联女性全生命周期皮层可塑性"的机制研究开辟了新问题。 |

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| 05 | 方法 |

受试者

本研究使用三个不同队列（青春期、妊娠、更年期）的 longitudinal 结构 MRI 数据（n = 1095）。各组受试者数量、年龄和间隔时间见表 1。全文中，该研究在指代通过入组时自我报告性别所评估的生物学类别时使用与性别相关的术语（女性/男性），并以"女性"和"女孩"分别指代女性队列中的受试者，与这些队列招募及原始文献中的描述一致。由于初潮、妊娠和更年期是与女性生物学性别相 tied 的生殖过程。该研究在全文中对这些术语的使用指代的是生理性别而非性别认同------三个队列均未评估性别认同。

**青春期队列。**青春期队列的数据来自莱顿大学的三项研究：BrainLinks（n = 142）、BrainTime（n = 299）和 Self-Concept（n = 201）。受试者通过当地学校和广告，从儿童、青少年和年轻成人的社区样本中招募。每个时间点均从受试者（未成年者则为其家长）处获得知情同意。三项研究均获莱顿大学医学中心机构审查委员会批准。受试者获得参与研究的报酬。所有受试者荷兰语流利、右利手、视力正常或矫正后正常，且根据自我报告，在时间点 1 均无神经系统或心理健康问题、未使用精神类药物。所有受试者被邀请参加约每 2 年一次、共三波的评估与神经影像采集。

该研究纳入在性别问题中回答"女性"的受试者（n = 319）。每个时间点的初潮状态基于问题"你来过第一次月经了吗？"确定。对每位受试者，在两个可能的间隔中评估初潮状态的变化：时间点 1（T1）与时间点 2（T2）之间，以及 T2 与时间点 3（T3）之间。若两个时间点初潮均未发生，归类为"稳定初潮前"；若两个时间点初潮均已发生，归类为"稳定初潮后"；若初潮发生在两个时间点之间，则归类为"初潮前后"。

部分受试者可能因考虑不同间隔而被归入多个组。为解决此问题，该研究应用了预先定义的分派层级。T2--T3 之间发生初潮的受试者，使用其 T2--T3 间隔被分派至初潮前后组；仅当受试者在 T2--T3 期间未发生转变时，才有资格使用 T1--T2 间隔被分派为转变组。稳定初潮前需尽可能使用 T1--T2 间隔（前提是受试者 T1 时年龄 ≤ 16 岁）；仅当 T1--T2 间隔不可用或不符合年龄标准时，才使用 T2--T3 间隔。这确保每位受试者恰好以一个间隔、为一个组贡献数据。概览见补充图 1。

缺乏足够 longitudinal 数据的受试者被排除。稳定初潮前组中一名时间点 1 数据缺失、但时间点 2 和 3 数据可用的受试者，改用 T2--T3 间隔予以保留。排除了时间点 2 数据缺失的受试者（n = 12:5 名稳定初潮前、1 名稳定初潮后、6 名初潮前后），因为纳入 T1--T3 间隔会造成随访时长离群。其他排除包括仅有单个可用时间点的受试者（n = 9）和多个连续时间点数据缺失的受试者（n = 3）。

应用排除、年龄限制和质量控制程序（见下文）后，最终样本为 142 名受试者：稳定初潮后组 59 名（30 名来自 Self-Concept，29 名来自 BrainTime，0 名来自 BrainLinks）、稳定初潮前组 49 名（3 名来自 Self-Concept，9 名来自 BrainTime，37 名来自 BrainLinks）、初潮前后组 34 名（9 名来自 Self-Concept，25 名来自 BrainTime，0 名来自 BrainLinks）。

更多人口学及关注变量见补充表 1。正态性和方差齐性检验后，采用 Kruskal-Wallis 检验，显示各组基线年龄存在显著差异（H(2) = 40.06，p < 0.001，η² = 0.28）。Bonferroni 校正的 Dunn 事后检验显示，稳定初潮后组显著年长于稳定初潮前组（Z = 4.79，p < 0.001，r = −0.47）和转变组（Z = 5.73，p < 0.001，r = −0.80）。稳定初潮前组与转变组之间基线年龄无显著差异（Z = 1.38，p = 0.250）。年龄分布图见补充图 2A。

随访时长在各组间也存在显著差异（H(2) = 9.05，p = 0.011，η² = 0.06）。Bonferroni 校正的 Dunn 事后检验显示，转变组与稳定初潮前组（Z = −2.89，p = 0.006，r = −0.40）和稳定初潮后组（Z = −2.43，p = 0.023，r = 0.28）均有显著差异。稳定初潮前组与稳定初潮后组之间无显著差异（Z = 0.63，p = 0.789）。为刻画每次扫描与报告初潮之间的时间邻近性，该研究计算了自我报告初潮年龄与初潮后扫描年龄之间的间隔。在初潮前后组中，T2 扫描平均在报告初潮后 1.27 ± 0.91 年获得；在稳定初潮后组中，T1 扫描平均在初潮后 2.15 ± 1.31 年获得（见补充表 1）。

**妊娠队列。**该研究使用来自莱顿大学医学中心三个受试者组的数据。研究获莱顿大学医学中心伦理审查委员会批准。所有受试者在任何研究相关测量前签署知情同意书并获得报酬。该研究为前瞻性孕前队列研究。其中一组为未产妇，部分有意怀孕、部分无意。由此形成 40 名在 T1 与 T2 之间成为母亲的女性（T1 时年龄 = 29.35 ± 3.51 岁），以及 40 名在 T1 与 T2 之间未成为母亲的女性（T1 时年龄 = 29.33 ± 3.57 岁）。此外，还有 30 名在 T1 时已有一孩、在 T2 时再次成为母亲的女性（T1 时年龄 = 32.03 ± 2.33 岁）。

人口学及关注变量见补充表 2。基线年龄在各组间存在显著差异。由于三个组中有两个组违反正态性假设，采用 Kruskal-Wallis 检验，显示各组年龄存在显著差异（H(2) = 19.90，p < 0.001，η² = 0.18）。Bonferroni 校正的 Dunn 事后检验显示，初产妇组与经产妇组（Z = −3.86，p < 0.001，r = −0.55）经产妇组与未产妇对照组（Z = 4.04，p < .001，r = 0.56）之间年龄差异显著，而初产妇组与未产妇对照组之间无显著差异（Z = 0.24，p = 1.00）。年龄分布图见补充图 2B。各组之间扫描间隔时间无显著差异（H(2) = 1.59，p = 0.451，η² = 0.01）。

**更年期队列。**分析数据来自英国生物银行（UK Biobank，www.ukbiobank.ac.uk）。UK Biobank 是一项国际开放获取资源，于 2006--2010 年间招募了 40--69 岁的 50 余万人。2014 年起，UK Biobank 开始邀请 10 万名原始受试者回场接受磁共振成像（MRI，包括脑部扫描）。所有受试者均签署书面知情同意。UK Biobank 批准了本研究申请（项目编号 = 509769）。

该研究从两个时间点均接受脑 MRI 且自我性别标注为"女性"的受试者中筛选。更年期状态定义为对问题"你是否已绝经（月经停止）？"（数据字段 2724）的自我报告回答。该研究排除了任一时间点接受过子宫切除术（n = 17）或双侧卵巢切除术（n = 19）的女性。基于两个时间点之间的更年期状态定义三组。实验组------更年期前后组（n = 120）------由 T1 选择"No"（归类为绝经前或围绝经期）、T2 选择"Yes"（归类为绝经后）的女性构成，从而可以评估绝经前向绝经后的脑结构变化。注意，这种单项分类不符合 STRAW+10 生殖衰老分期标准，也无法在"No"回答类别内区分围绝经期与绝经前；相应地，部分 T1 归类为绝经前的女性可能已处于更年期转变中。T1 时平均年龄为 51.39 ± 2.39 岁，年龄分布图见补充图 2C。

第一个对照组------稳定绝经前组（n = 49）：两个时间点均选择"No"的女性，整个研究期间保持绝经前或围绝经期状态。T1 时平均年龄为 50.49 ± 1.84 岁。第二个对照组------稳定绝经后组（n = 674）------由两个时间点均为绝经后（均选"Yes"）的女性构成。为最小化年龄混淆，该研究将该组限定为基线 47--59 岁、T2 时 51--64 岁的女性，与更年期前后组的年龄范围匹配。该年龄限制遵循 Than 等人的方法：他们证明即使将分析限定在 58 岁以下女性，年龄 × 更年期交互仍然存在，确认了绝经后女性更陡的脑体积下降并非简单源于组间年龄差异。这从初始 1865 名绝经后女性的池子中产生 674 名年龄匹配的对照，使实际年龄相近、主要差异在更年期状态的女性之间得以比较。T1 时平均年龄为 55.43 ± 2.52 岁。

人口学及关注变量见补充表 3。正态性和方差齐性检验后，采用 Kruskal-Wallis 检验，显示各组年龄存在显著差异（H(2) = 248.33，p < 0.001，η² = 0.29）。Bonferroni 校正的 Dunn 事后检验显示，稳定绝经后组显著年长于稳定绝经前组（Z = −10.38，p < 0.001，r = −0.87）和更年期前后组（Z = −12.85，p < 0.001，r = −0.74）。稳定绝经前组与更年期前后组之间年龄无显著差异（Z = −1.55，p = 0.183）。各组随访间隔天数也存在显著差异（H(2) = 28.00，p < .001，η² = 0.03）。Bonferroni 校正的 Dunn 事后检验显示，更年期前后组随访间隔显著长于稳定绝经前组（Z = −3.30，p = 0.001，r = −0.32）显著短于稳定绝经后组（Z = 5.23，p < 0.001，r = 0.30），而两个稳定组之间无显著差异（Z = −0.28，p = 1.00）。

该研究使用 Pearson 卡方检验（以 Cramér's V 为效应量）检验各更年期组在每个时间点的 HRT 使用率是否存在差异。基线时 HRT 使用率在各组间差异显著（χ²(2) = 20.52，p < 0.001，Cramér's V = 0.15）：稳定绝经前组 6.1%、更年期前后组 7.5%、稳定绝经后组 22.5% 使用 HRT。至随访时，上述比例分别升至 14.3%、23.5% 和 24.4%，组间差异不再显著（χ²(2) = 2.59，p = 0.274，Cramér's V = 0.03）。此外，产次通过自我报告的活产数评估。各组产次无显著差异（H(2) = 3.90，p = 0.142，η² = 0.005）。Bonferroni 校正的 Dunn 事后检验显示无显著两两差异。所有三组活产数中位数均为 2（稳定绝经前：均值 = 1.78，SD = 1.14，范围 0 到 4；更年期前后：均值 = 1.38，SD = 1.13，范围 0 到 4；稳定绝经后：均值 = 1.50，SD = 1.15，范围 0 到 6），见补充表 3。

表 1（原文表 1）：三个队列各组的人口学及关注变量（均值 ± 标准差）。T1 为第一个时间点，T2 为第二个时间点。

脑 MRI 采集与预处理

**青春期队列。**三个队列的所有 MRI 扫描均在 Philips 3 T MRI 系统上采集。每个时间点均采集 T1 加权解剖扫描。BrainLinks 和 BrainTime 在同一扫描仪上采集，三个队列的采集方案相似。BrainLinks 的 T1 加权图像采集参数：重复时间（repetition time, TR）= 7.9 ms，回波时间（echo time, TE）= 3.5 ms，翻转角 = 8°°，视野（field of view, FOV）= 250 × 196 × 170 mm，体素大小 = 1.1 × 1.1 × 1.1 mm，228 层。BrainTime 研究：TR = 9.8 ms，TE = 4.6 ms，翻转角 = 8°，FOV = 224 × 177 × 168 mm，体素大小 = 0.875 × 0.875 × 1.2 mm，140 层。Self-Concept 子样本：TR = 9.751 ms，TE = 4.59 ms，翻转角 = 8°，FOV = 224 × 179 × 168，体素大小 = 1.17 × 1.17 × 1.20 mm，140 层。所有 MRI 扫描均经目视质量控制，两名受试者被排除。此外，一名受试者因 T1 完全处理失败，但 T2 和 T3 质量可接受，从 T1--T2 改派至 T2--T3。应用这些排除后，最终样本为 213 名受试者。

**妊娠队列。**所有 MRI 扫描在 Philips 3 T MRI 系统上采集。T1 加权图像采集参数：TR = 9.8 ms，TE = 4.6 ms，翻转角 = 8°，FOV = 178 × 224 × 168 mm，体素大小 = 0.875 × 0.875 × 1 mm，140 层。所有扫描经目视质量控制，无需排除。

**更年期队列。**所有 MRI 扫描在 Siemens 3.0 Tesla Skyra MRI 系统上采集。T1 加权图像采集参数：TR = 2000 ms，TE = 2.01 ms，翻转角 = 8°，FOV = 256 × 256 × 208 mm，体素大小 = 1.0 × 1.0 × 1.0 mm，208 层。所有扫描经目视质量控制，无需排除。

脑分析

解剖 MRI 图像在 FreeSurfer（青春期与妊娠队列使用版本 7.4.1 / 7.2.0，更年期队列使用版本 7.3.2）中使用 longitudinal recon-all 流程处理。该研究使用 aseg（自动分割）和 a2009s 分区方案，对人脑的神经解剖结构进行自动标注。

所有分析分两个层面进行。第一，在每个队列内比较各组灰质体积的月度变化率，以刻画前后转变特异变化的幅度和方向。这些分析在全脑层面（总灰质、皮层灰质和皮层下灰质）进行，并在出现全脑组间差异的情况下进行区域特异性的后续分析------皮层使用 PCA，皮层下结构使用等价检验。第二，为直接比较三个队列间脑变化的空间模式，基于对照校正的区域变化率进行跨队列比较，先对全部三个前后组同时进行整体检验，再进行成对事后检验。每一分析步骤的完整细节见下文。

首先，研究团队希望比较各组灰质体积的月度变化率，以探索变化的幅度。该指标代表观察间隔内的平均变化率，不假设变化在该间隔内线性发生。所有体积使用公式"校正体积 =（原始体积 / 颅内总体积）× 1000"对颅内总体积（total intracranial volume, TIV）进行校正，以控制头大小的个体差异。该研究采用与 Carmona 等人相似的方法，按公式"变化百分比 =（T2 体积 − T1 体积）/ T1 体积 × 100"计算每位受试者的 longitudinal 变化。由于各组扫描间隔存在差异（见补充表 1--3），该研究将每位受试者的变化百分比除以扫描间隔月数，得到月度变化率。该计算分别针对总灰质体积，以及用于观察变化集中所在的总皮层灰质体积和总皮层下灰质体积进行。使用单因素方差分析检验整体组间差异，随后用 Tukey HSD 事后检验考察组间两两比较（在 RStudio 2025.09.1 版中完成）。所有检验均为双侧。成对比较的效应量以合并标准差计算的 Cohen's d（科恩 d）表示，源自 emmeans 包的 eff_size 函数。

采用单样本 t 检验评估各组月度变化率百分比是否显著区别于零（双侧）。每个队列有三个组、三个独立指标（总灰质、皮层、皮层下），因此该研究采用 Bonferroni 校正阈值 p = 0.0055。由于更年期队列 T1 时各组 HRT 使用率存在显著差异，该研究还仅纳入 T1 时未使用 HRT 的受试者进行了分析。此外，对更年期队列排除了接受过双侧卵巢切除术或子宫切除术的女性后重做分析。

由于三个队列中各组在年龄上均存在差异，该研究考察了每组内基线年龄与月度变化率的关系。年龄和月度变化率变量的正态性假设用 Shapiro-Wilk 检验评估。违反正态性（p < 0.05）时使用 Spearman 秩相关，否则应用 Pearson 相关（均为双侧）。为考虑潜在的组特异年龄效应，分别在每个组内检验相关。此处同样采用 Bonferroni 校正阈值 p = 0.0055。

第二，在全局脑体积指标出现显著组间差异后，该研究根据解剖层面和各队列特异发现进行区域特异性分析。

皮层灰质方面，三个队列内各组在月度变化率上均表现出差异。鉴于皮层数据的高维度，该研究应用主成分分析（PCA）以识别协调一致的区域变化模式，同时降低多重比较负担。皮层 PCA 采用 a2009s 分区（Destrieux 图谱），每半球产生 74 个皮层区域（脑回和脑沟）。对每个皮层区域，左右半球体积取平均，创建双侧指标。所有区域体积使用公式"校正体积 =（原始体积 / 颅内总体积）× 1000"进行校正。每个区域的变化得分由随访值减去基线值计算（Δ = 后 − 前），每位受试者产生 74 个区域变化得分。PCA 的输入使用绝对变化得分而非月度速率，因为该 PCA 旨在识别区域协变的协调模式，而非量化单位时间的变化幅度；受试者间随访时长差异在后续分析中通过纳入扫描间隔作为协变量加以控制。PCA 使用 R stats 包的 prcomp 函数完成（RStudio 2025.09.1 版），分解前对变量进行中心化并标准化（center = TRUE，scale. = TRUE），使各区域无论绝对体积大小均获得同等权重。

PCA 在每个队列的合并数据集上进行（三个组混合），以在无组差异先验假设的前提下提取数据驱动的脑变化模式。保留主成分的数量通过碎石图和累积解释方差确定。解释方差可观的分量被保留用于进一步分析。据此，所有后续分析均进一步考察第一主成分（principal component 1, PC1）。该研究考察 PC1 的载荷以识别哪些脑区域对该成分贡献最强。绝对载荷 > 0.15 的区域被视为该成分的强贡献区域，并使用 nilearn 中实现的 Destrieux 图谱分区在皮层表面上可视化。为检验脑变化模式的组间差异，提取每位受试者在每个保留主成分上的得分。用 ANOVA 检验整体组间差异，随后用 Tukey HSD 事后检验考察组间两两比较。

为确保 PC1 得分的组间差异不被基线特征混淆，该研究以 PC1 为结局变量，组别为预测变量，关注协变量为协变量，用线性模型检验潜在协变量。该研究还检验了组别 × 协变量交互，以确定协变量效应是否因组而异。三个队列（青春期、妊娠、更年期）均纳入基线年龄作为协变量，因为各队列内组间均存在显著年龄差异（见上文）。随访时长（即扫描间隔）作为协变量在青春期和更年期队列中检验并纳入。更年期队列还特别纳入基线 HRT 状态作为协变量，因为各组间 HRT 使用存在显著差异（见上文）。此外，还纳入子女数量作为协变量。

皮层下结构方面，仅青春期队列在总皮层下灰质月度变化率上表现出显著组间差异。因此，该研究仅在该队列中考察了 8 个双侧皮层下区域（左右半球取平均，来自 FreeSurfer aseg 输出）的月度变化率。该研究采用与上文总灰质、皮层、皮层下变化相同的方法，包括与年龄的相关；但由于此处有 8 个独立指标，采用 Bonferroni 校正，p < 0.0021。

第三，为考察不同女性激素性生命事件中是否同一脑区域发生结构变化，该研究进行了区域月度变化率的跨队列比较。对全部 74 个双侧 Destrieux 皮层区域，实验组的月度变化率由队列内每位前后组个体的变化率减去对照组平均变化率计算。该方法分离了与激素性生命事件特异性相关的神经可塑性变化，控制了同时发生的正常年龄相关或发育性变化。对照组定义为：稳定初潮前（青春期队列）、未产妇（妊娠队列）和稳定绝经前女性（更年期队列），均与各自实验组年龄匹配。这种队列内相减的方法也降低了扫描仪硬件和 FreeSurfer 版本等队列间差异对跨队列比较的影响，因为系统性测量偏移被对照组相减部分吸收。尽管如此，队列间的扫描仪相关差异无法被该方法完全消除，跨队列比较因此仍应谨慎解读。

对 74 个皮层区域中的每一个，整体检验的选择通过经验评估两个统计假设确定：用 Shapiro-Wilk 检验混合残差的正态性，用 Levene 检验评估跨队列方差齐性。任一假设被违反（p < 0.05）时使用 Kruskal-Wallis 检验；两者均满足时使用单因素方差分析。大多数区域至少违反一个假设，因此大多数区域采用 Kruskal-Wallis 检验。对全部 74 个整体检验应用 FDR（Benjamini-Hochberg）校正。整体跨队列检验的效应量以 η² 量化：参数检验计算为组间平方和与总平方和之比；非参数检验通过 rstatix 包中 kruskal_effsize 函数实现的基于秩的公式计算。对表现出显著整体效应（FDR 校正 p < 0.05）的区域，分别使用 Kruskal-Wallis 后的成对 Wilcoxon 检验和 ANOVA 后的 Tukey HSD 进行事后成对比较（均为双侧），以识别具体哪些队列对之间存在显著差异。

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| 06 | 参考文献 |

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| van 't Hof, S.R., Bos, M.G.N., Straathof, M. et al. Puberty, pregnancy, and menopause show shared and distinct structural changes across the lifespan. Nat Commun 17, 9360 (2026). doi.org/10.1038/s41467-026-76755-2 |