编辑推荐：
为探究青春期皮层精细调整如何影响认知，研究人员对 134 名 10 - 31 岁个体开展纵向研究。利用 7T MRI 扫描数据计算区域同质性（ReHo），发现 ReHo 随年龄下降，与工作记忆表现及内在编码维度相关。该研究为理解认知发展提供依据。
在大脑发育的历程中，青春期是一个极为关键的阶段，如同建筑在进行精细修缮的时期。这一时期，大脑中支持执行功能的系统逐渐走向成熟，认知能力也在不断提升并趋于稳定。然而，就像隐藏在迷雾中的神秘宝藏，大脑在青春期发生的一系列神经生物学变化，比如突触修剪加速、神经递质系统的兴奋 - 抑制平衡优化、皮层内髓鞘化增多等，究竟是如何精确地重塑大脑的功能连接，进而影响认知功能的，依旧是一个尚未完全解开的谜团。尤其是在局部功能连接方面，虽然年龄相关的大规模功能连接变化已被广泛研究，但局部（区域内）功能连接（FC）在青春期的变化特征，以及这种变化与认知能力提升之间的紧密联系，却鲜为人知。这就好比我们知道一座城市的主干道在不断扩建升级，但城市中各个街区内部的小路是如何变化的，以及这些小路的变化对街区内的活动有何影响，我们却知之甚少。正是在这样的背景下，为了深入挖掘这些隐藏在大脑发育过程中的奥秘，来自国外的研究人员开展了一项意义重大的研究。
这项研究成果发表在《Developmental Cognitive Neuroscience》上，为我们理解大脑发育与认知功能提升之间的关系提供了全新的视角。研究人员精心招募了 134 名年龄在 10 - 31 岁的典型发育参与者，组成了一个纵向研究队列。在研究过程中，参与者多次接受 7T MRI 扫描，通过采集静息态功能磁共振成像（fMRI）数据，计算基于表面的区域同质性（ReHo）。ReHo 是一种衡量大脑局部功能连接的重要指标，它能够反映一个顶点与其相邻顶点之间 fMRI 活动的时间相关性，就像是测量街区内各个小区域之间活动的同步程度。同时，研究人员还让参与者完成记忆引导扫视（MGS）任务，以此来评估他们的工作记忆能力。
在研究中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，利用 7T MRI 扫描仪采集参与者的结构像和静息态 fMRI 数据；接着，通过统一分割算法和 FreeSurfer 的纵向处理流程对结构像进行预处理，用 fMRIPrep 和 XCP - D 对 fMRI 数据进行严格的预处理和分析；然后，计算表面 - based ReHo 和内在维度估计（IDE），其中 IDE 基于有效表征维度（RD）这一指标；最后，使用广义相加模型（GAM）进行统计分析，以探究年龄相关变化以及不同测量指标之间的关系。
研究结果令人瞩目：
- 工作记忆准确性和稳定性提升：研究发现，随着年龄的增长，参与者在 MGS 任务中的表现显著改善。记忆引导扫视的平均准确性提高，错误角度（以视觉角度误差衡量）显著减小；同时，记忆引导扫视和视觉引导扫视的起始潜伏期均缩短，且每次试验间的变异性也显著降低。这表明从青春期早期到成年早期，工作记忆不仅在能力上有所提升，而且在执行过程中更加稳定。
- 区域同质性的发育性细化：平均 ReHo 在不同脑区呈现出特定的分布模式，额叶顶叶区域以及后扣带回皮层附近区域的 ReHo 较高，而颞叶皮层和感觉运动区域的 ReHo 较低。进一步分析发现，ReHo 与一些心理功能密切相关，与工作记忆、注意力和决策相关的术语呈正相关，而与情绪处理和语言相关的术语呈负相关。更为重要的是，全脑 ReHo 随着年龄增长显著下降，且这种下降在多个功能网络的众多脑区中广泛存在。
- 皮层 ReHo 变化的空间成分：通过主成分分析（PCA），研究人员识别出两个与年龄显著相关的主成分（PC1 和 PC2）。PC1 主要由感觉运动区域和额叶顶叶区域贡献，其 ReHo 值随年龄下降的趋势持续到 20 多岁；PC2 则主要涉及感觉运动区域、岛叶附近区域和背内侧前额叶区域，其 ReHo 值在青春期早期下降迅速，之后趋于平稳。
- ReHo 与工作记忆表现的成熟：将 PC1 和 PC2 的因子得分与 MGS 任务的六项表现指标进行比较后发现，PC1 和 PC2 均与 MGS 潜伏期的试验间变异性显著相关。这意味着 ReHo 的降低与任务表现的改善（即试验间变异性的降低）密切相关，尤其是 PC2，即使在控制年龄因素后，这种关联依然存在。
- 内在维度在青春期增加：研究人员计算的内在维度估计（IDE）结果显示，全脑的 RD 随着年龄增长而增加，且 RD 与 ReHo 之间存在显著的负相关关系。这表明年龄相关的局部相关活动减少与功能信号维度的显著增加紧密相连，即较低的 ReHo 与较高的维度相关，这可能反映了功能专业化带来的计算优势。
综合研究结果与讨论，该研究表明青春期大脑皮层在毫米尺度上功能连接的变化趋势是功能分离增加，这意味着相邻皮层区域的 fMRI 信号变得更加独立。这种功能专业化的增强使得大脑区域能够编码更多独立信号，进而提高编码能力和效率，为认知控制的发展提供了有力支持。研究还发现，ReHo 的变化存在不同的空间成分，且与工作记忆表现的稳定性密切相关，尤其是涉及感觉运动和腹侧注意网络的区域。此外，ReHo 的降低与 BOLD 信号内在维度的增加相关，这揭示了功能专业化可能带来的计算优势。然而，研究也指出，虽然目前的研究成果为理解大脑发育与认知发展提供了重要线索，但仍需进一步探究成像指标（如 ReHo）与潜在生理机制（如突触修剪、兴奋 - 抑制平衡变化和皮层内髓鞘化）之间的精确联系，这对于明确典型发育和临床群体在局部功能连接成熟方面的差异至关重要，特别是在青春期出现的精神健康障碍（如精神分裂症、情绪障碍、物质使用障碍）等领域。这项研究为后续深入研究大脑发育与认知功能的关系奠定了坚实基础，就像在探索大脑奥秘的道路上点亮了一盏明灯，指引着未来的研究方向。
