首次鉴定新生儿大脑具备5个分工明确的网络

一项新的研究显示，人类从出生起，大脑就被组织成支持视觉和注意力等心理功能的网络。

　　

分析的概述。a.我们将新生儿数据分成两个随机定义的组(训练集和测试集)，然后，我们分别计算训练集和测试集在新生儿体素逐个体素连接体上的聚类解(从k = 2到k = 25)。基于训练和测试方案的最佳重叠，我们确定了最优网络(最优k簇)。b.为了研究这些网络的个体可变性，我们使用来自训练组解决方案的组水平中心点为测试数据集中的每个个体生成个性化的解决方案(如图所示，有5个网络解决方案，有3个个体受试者的结果)。c.我们比较了群体水平的新生儿网络的群体水平的成人网络，并量化了重叠。d.通过将艾伦人脑图谱(AHBA)样本与5网络新生儿溶液进行比对，探索网络的遗传表达。我们首先将AHBA样本分成训练组和测试组，以探索网络内和之间的遗传表达。然后，我们结合AHBA供体的所有可用数据，通过网络找到优先表达的基因。

一项新的研究显示，人类的大脑从出生起就形成了支持视觉和注意力等心理功能的网络。

之前的研究表明，成年人的大脑中有七个这样的功能网络。这项研究首次在新生儿中采用细粒度的全脑方法，发现其中5个神经网络在出生时就在起作用。至关重要的是，这项研究还发现了新生儿在这些网络中的个体差异，这可能会对基因如何影响成年人的行为产生影响。

该研究的资深作者、俄亥俄州立大学心理学助理教授泽伊内普·塞金(Zeynep Saygin)说:“几个世纪以来，人类一直想知道是什么让他们与众不同，基因编程对我们一生的经验有什么影响。我们的研究表明，出生时大脑的变化可能与我们在成年人中看到的一些行为差异有关。”

这项研究最近发表在《神经影像》(NeuroImage)杂志上，由俄亥俄州立大学(Ohio State)心理学研究生M. Fiona Molloy领导。

研究人员分析了267名新生儿的大脑功能磁共振成像扫描结果，这些新生儿大多不到一周大，他们是发展人类连接体项目的一部分。所有的婴儿都在睡觉时被扫描了15分钟。这项研究包括用核磁共振对大脑中最小的部分进行分析，这种最小的部分被称为体素或体积像素，以观察每个体素的信号与大脑中其他体素的联系。

“即使在我们睡觉的时候，大脑也是活跃的，不同的部分在相互交流，”Saygin说。“我们通过发现大脑的哪个部分同时表现出类似的活动模式来识别神经网络，例如当一个区域激活时，另一个区域也会激活。它们在互相交谈。”

研究结果显示，新生儿的五个神经网络与成年人的相似:视觉网络、默认模式网络、感觉运动网络、腹侧注意网络和高级视觉网络。成年人有两个额外的网络在新生儿的大脑中没有发现:控制网络和边缘网络。这两者都涉及到更高级的功能，Saygin解释道。控制网络允许成年人制定计划来达到目标。边缘神经网络与情绪调节有关。

“婴儿几乎没有认知控制和情绪调节能力，所以这些网络没有发展就不足为奇了，”Saygin说。“但有一种可能是，它们在出生时就被设定好了，只是需要磨练。但我们的发现并非如此。这些网络目前还不存在，必须通过经验来发展。”

研究人员还研究了新生儿大脑网络的个体差异。结果表明，腹侧注意网络在新生儿中变异性最大。这个神经网络涉及到将注意力转向世界上遇到的重要刺激，特别是可能意想不到的东西。

她说:“我们的研究结果表明，腹侧注意网络是个体变异的稳定来源，它在出生时就存在，可能会持续一生。”

在成人中，这种网络组织的个体变异与行为和不同的障碍有关。Molloy说:“我们发现，早在出生时，个体在网络组织方面就存在差异。观察这些差异是否能预测生命后期的行为或心理障碍风险，可能会很有趣。”

在另一项分析中，研究人员利用艾伦人脑图谱中获得的人脑组织样本来探索新生儿大脑网络的差异如何与基因表达的差异联系在一起——基因表达是开启或激活基因的过程。

他们从脑组织样本中发现了多个基因，这些基因可能导致了他们在新生儿个体中发现的特定大脑组织。她说:“这可能会揭示一种潜在的基因基础，解释为什么我们在研究中看到新生儿网络中的这些差异。”

未来的研究将研究这些网络是如何随着时间发展的，以更好地理解遗传编程的作用和在这些网络中产生变异的经验。

“我们想进一步了解这些网络的发展轨迹，以了解基因和经历如何与未来的行为和结果相关，”Saygin说。

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由俄亥俄州立大学提供

NeuroImage (2022). DOI: 10.1016/j.neuroimage.2022.119101