大脑不对称性与神经发育过程中的注意力不集中及遗传力关联研究：解锁大脑奥秘的新视角

《Translational Psychiatry》：Brain asymmetry and its association with inattention and heritability during neurodevelopment

为探究大脑不对称性与注意力不集中及其遗传力的关系，研究人员利用青少年大脑认知发展（ABCD）和人类连接组计划（HCP）队列数据开展研究。结果发现大脑不对称模式在不同年龄阶段有差异，且与注意力不集中和认知表现相关。该研究有助于理解大脑发育机制。

　　大脑是人体最神秘且复杂的器官，其中大脑不对称性（即大脑左右半球在功能和结构上的不均衡分布）在认知和情感过程中发挥着关键作用。例如，语言功能通常在左半球更为集中，而一些情感处理则在右半球表现更突出。然而，大脑不对称性与认知特征（如注意力不集中）之间的联系，以及它们受遗传因素影响的程度，一直是科学界尚未完全解开的谜题。在众多与注意力相关的脑区中，颞上沟（superior temporal sulcus，STS）因在语言和社会认知网络中的重要地位，以及与认知表现和注意力不集中的潜在关联，成为研究的关键对象。为了深入探索这些未知领域，来自美国国立酒精滥用与酒精中毒研究所（National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism）的研究人员 Dardo Tomasi 和 Nora D. Volkow 开展了相关研究，其成果发表在《Translational Psychiatry》杂志上。

研究人员主要运用了先进的神经成像技术，包括功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）和磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）。样本数据来源于青少年大脑认知发展（Adolescent Brain Cognitive Development，ABCD）研究（涉及 9 - 10 岁儿童，n=8943）以及人类连接组计划（Human Connectome Project，HCP）队列（涵盖不同年龄段，n=1033）。通过这些数据，研究人员能够从静息态 fMRI 和形态测量学中获取数据驱动的指标，以分析大脑不对称性。

研究结果

1. 样本特征：在 8943 名儿童样本中，92% 的儿童注意力不集中得分低于 9 分，8% 的儿童得分高于等于 9 分，这与美国儿童和青少年中注意力缺陷多动障碍（attention - deficit - hyperactivity disorder，ADHD）的诊断率相符。此外，男孩的注意力不集中得分显著高于女孩，且注意力不集中得分与家庭收入和认知表现呈负相关。
2. 大脑不对称性：研究发现大脑不对称性模式在不同脑区有明显差异。在视觉、听觉、躯体运动、内侧默认模式网络（medial default - mode network，DMN）和语言区域，主要表现为左向的全局功能连接密度（global functional connectivity density，gFCD）不对称；而在顶下小叶、背外侧前额叶皮层（dorsolateral prefrontal cortex，DLPFC）和岛盖区域，则以右向 gFCD 不对称为主。这种不对称模式在不同样本和不同年龄阶段都具有高度的可重复性。
3. 发育与不对称性：结合 ABCD 和 HCP - D 队列数据研究发现，年龄对大脑不对称性的影响在 fALFF（fractional amplitude of low - frequency fluctuations，低频波动分数幅度，一种脑活动标记）指标上最为显著。随着年龄增长，右向不对称的区域（如 DLPFC、顶下小叶）fALFF 不对称性降低，而左向不对称的区域（如躯体运动区、STS）fALFF 不对称性增加。且这种变化在男孩和女孩中存在差异，表现出年龄与性别的交互作用。
4. 性别影响：在多个脑区，男孩和女孩的大脑皮层厚度和脑沟深度不对称性存在差异。例如，在 STS 区域，男孩的皮层厚度右向不对称性和脑沟深度左向不对称性更强。而在 gFCD 方面，女孩在背侧和腹侧前 STS 区域以及其他语言相关脑区（如 Broca 区）的不对称性更高。
5. 注意力不集中的影响：更高的注意力不集中得分与 STS 区域，尤其是 dpSTS（dorsal posterior part of the superior temporal sulcus，背侧后颞上沟）的 gFCD 和 fALFF 左向不对称性降低相关。这表明该区域的不对称性破坏可能与注意力困难存在潜在联系。
6. dpSTS 网络：dpSTS 种子区域与多个语言网络区域存在强功能连接，且在这些区域表现出左向不对称性。同时，更高的注意力不集中得分与多个脑区（包括背侧和腹侧 pSTS）的 dpSTS 功能连接左向不对称性减弱相关。
7. 大脑不对称性与认知表现：dpSTS 的 fALFF 和 gFCD 不对称性与晶体智力和总认知综合得分呈正相关，但与流体智力综合得分无显著关联。而大脑皮层厚度和脑沟深度不对称性与认知表现均无显著相关性。
8. 遗传和共享环境贡献：通过对双胞胎数据的分析，发现注意力不集中得分的遗传度较高（61%），认知能力的遗传度也较高（流体智力 34%、晶体智力 61%、总认知能力 52%）。相比之下，dpSTS 的脑沟深度和 gFCD 不对称性遗传度较低（小于 24%），皮层厚度和 fALFF 不对称性遗传度更低（小于 8%），表明大脑不对称性指标受环境因素影响较大。

研究结论与讨论

该研究揭示了大脑不对称性在不同脑区和年龄阶段的特征模式，发现其与注意力不集中和认知表现之间存在关联。大脑不对称性在发育过程中存在变化，性别差异也对其有影响。此外，研究还表明注意力不集中具有较高的遗传度，而大脑不对称性受环境因素影响更大。这些发现为理解大脑不对称性的起源和可塑性提供了重要依据，强调了进一步研究遗传、环境和发育因素在塑造大脑结构和功能中复杂相互作用的必要性。同时，研究结果也为开发改善注意力和认知功能的干预措施提供了潜在的方向，例如通过语言刺激活动或注意力训练来优化大脑功能，未来研究可基于 ABCD 研究数据进一步探索环境因素对大脑功能不对称性的影响。