《Nature Neuroscience》青春期大脑发育序列的新见解

　　

根据宾夕法尼亚大学医学院的一项新研究，大脑的发育并不是在整个大脑中均匀发生的，而是遵循一种新确定的发育顺序。与其他大脑区域相比，支持认知、社交和情感功能的大脑区域似乎具有更强的可塑性，或者说能够改变、适应和重塑，这使得青少年在整个青春期对社会经济环境都很敏感。研究结果最近发表在《Nature Neuroscience》杂志上。

研究人员通过磁共振成像(MRI)绘制了人类大脑从8岁到23岁的发育过程。这些发现提供了一种新的方法来理解大脑各个区域在发育过程中可塑性下降的顺序。

大脑可塑性指的是神经回路的能力——大脑中思想、情感和运动的连接和途径——根据内部生物信号或外部环境而改变或重组。虽然人们普遍认为儿童的大脑可塑性比成人高，但这项研究为儿童和青少年时期大脑可塑性的降低在何时何地发生提供了新的见解。

研究结果表明，大脑可塑性的降低最早出现在“感觉运动”区域，如视觉和听觉区域，而在“联想”区域，如涉及高阶思维(解决问题和社会学习)的区域，发生得较晚。因此，在青少年早期，大脑中支持执行、社交和情感功能的区域似乎特别具有可塑性，对环境做出反应，因为可塑性发生在发育的后期。

“研究活人大脑的发育是具有挑战性的。许多神经科学家对发育过程中大脑可塑性的理解实际上来自于对啮齿动物进行的研究。但是啮齿动物的大脑并没有很多我们所说的人类大脑的关联区域，所以我们对这些重要区域是如何发展的了解较少，”通讯作者Theodore D. Satterthwaite医学博士说。

为了解决这一挑战，研究人员将重点放在比较以前啮齿动物研究的见解和青少年MRI成像的见解。先前的研究考察了神经回路在具有可塑性时的表现，发现大脑的可塑性与一种独特的“内在”大脑活动模式有关。内在活动是指大脑某部分在休息时，或不受外部刺激或心理任务影响时发生的神经活动。当一个大脑区域发育程度较低而可塑性较强时，该区域内往往有更多的内在活动，而且这种活动也往往更加同步。这是因为该区域有更多的神经元处于活跃状态，而且它们往往同时处于活跃状态。结果，大脑活动波的测量显示振幅(或高度)增加。

“想象一下，大脑某个区域内的单个神经元就像管弦乐队中的乐器。随着越来越多的乐器开始在一起同步演奏，管弦乐队的声音水平提高，声波的振幅也变得更高，就像分贝计可以测量声波的振幅一样，当孩子们只是在扫描仪中休息时，大脑内在活动的振幅可以用功能性核磁共振成像测量。这使得我们的团队能够安全地、非侵入性地研究年轻人大脑可塑性的功能标记，”第一作者Theodore D. Satterthwaite说。

通过对1000多个人的核磁共振扫描分析，作者发现，大脑可塑性的功能标志在儿童早期的感觉运动区域下降，但在关联区域直到青春期中期才下降。

Satterthwaite补充说:“这些发育缓慢的联想区域对儿童的认知成就、社会互动和情感健康至关重要。我们真的开始理解人类长期发展过程的独特性。”

Sydnor说:“如果一个大脑区域的可塑性更长，它也可能在更长的发育窗口中对环境影响保持敏感。这项研究正是为此找到了证据。”

作者研究了年轻人的社会经济环境和可塑性的相同功能标记之间的关系。他们发现，环境对大脑的影响在不同地区并不一致，在不同的发展过程中也不是一成不变的。相反，环境对大脑的影响随着所确定的发育序列的进展而变化。至关重要的是，青少年的社会经济环境通常对晚成熟联想大脑区域的大脑发育有更大的影响，并且发现这种影响在青少年时期最大。

“这项工作为理解环境如何影响青少年时期的神经发育轨迹奠定了基础，希望研究发育可塑性将帮助我们了解环境丰富项目何时会对每个孩子的神经发育轨迹产生有益的影响。我们的研究结果支持，旨在缓解青少年社会经济环境差异的项目对整个青少年时期的大脑发育仍然很重要。”

Intrinsic activity development unfolds along a sensorimotor–association cortical axis in youth