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为探究大脑亚稳动力学在胎儿晚期的发展及对认知功能的影响，研究人员开展相关研究。结果显示，新生儿亚稳性在孕晚期发展，早产儿与足月儿存在差异。这有助于理解神经发育后果，为干预措施提供依据。
在生命科学领域，大脑的奥秘始终吸引着众多研究者不断探索。大脑并非处于静态，即便在无外部刺激时，也持续产生有规律的电和血液动力学活动。亚稳性（Metastability）这一源自动力学系统理论的概念，为理解大脑在不同功能状态间的转换提供了重要框架，它对认知、行为和社会功能起着关键支撑作用 。在成年人的大脑研究中，亚稳性已得到广泛关注，但在早期大脑发育过程中的研究才刚刚起步。
胎儿在孕晚期，大脑会经历剧烈的功能和结构变化。然而，目前对于这些变化如何反映在大脑亚稳动力学上，以及早产对其有何影响，仍知之甚少。为了解开这些谜团，相关研究人员开展了此项研究，其成果发表在《Developmental Cognitive Neuroscience》上。这一研究对评估早期认知功能的建立及其潜在损伤，以及理解早产的神经发育后果具有重要意义，有望为相关干预措施提供理论依据。
研究人员在研究中主要运用了多种神经影像学技术，包括功能磁共振成像（fMRI）、脑电图（EEG）、功能超声（fUS） 。同时，通过对比早产儿（27 - 37 周月经后年龄（PMA））、足月儿（37 周以上 PMA）以及早产儿在足月等效年龄时的情况，还对早产儿进行纵向研究（从 27 周到 37 周以上 PMA），全面探究大脑亚稳动力学的发展。
新生儿大脑亚稳动力学的空间分布
研究发现，不同的神经影像学方法所定义的亚稳状态在时间尺度上有所不同。EEG 亚稳状态持续约 100 毫秒，足月儿的 EEG 活动幅度可聚类为 4 种隐马尔可夫模型（HMM）状态或 7 种微状态，而早产儿仅有 4 种微状态 。早产儿在足月等效年龄时，微状态数量可能少于或与足月儿相同。fUS 动态功能连接（dFC）状态持续约 1 秒，在早产儿和足月儿中均为 4 种；fMRI dFC 状态持续数十秒，在早产儿和足月儿中为 4 - 6 种 。通过 Kuramoto 序参数（KOP）标准差衡量的功能连接状态的变异性显示，早产儿在足月等效年龄时的 KOP 标准差低于足月儿，这表明其功能连接状态的变异性降低，可能影响认知能力。
新生儿大脑亚稳动力学的时间动态
在时间动态方面，早产儿在某些 fUS dFC 状态和 EEG 微状态上花费的时间与足月儿不同。例如，早产儿在一种 fUS dFC 状态（其特征为丘脑内和皮质内连接强，丘脑 - 皮质连接弱）的覆盖度更高，而在整体同步的亚稳状态覆盖度较低 。在 EEG 微状态方面，代表后电压阳性的微状态在早产儿中的覆盖度较高，但随着时间推移，其转换到该微状态的可能性降低 。足月儿在出生后第一周，以全局同步和局部感觉运动同步为特征的 fMRI dFC 状态的覆盖度增加，且亚稳性语法中向与默认模式网络（DMN）相关区域的 fMRI dFC 状态转换的可能性增加 。此外，在孕晚期及足月儿出生后，亚稳状态之间的转换速率增加，而早产儿在足月等效年龄时的转换速率仍比足月儿慢，这意味着其对外部刺激和认知任务的反应可能更慢。
新生儿大脑的信号复杂性
信号复杂性研究表明，fMRI BOLD 信号的样本熵（SE）在 37 - 42 周孕期内下降，而在一组纵向研究的早产儿中，EEG 信号的多尺度熵（MSE）在出生后增加直至足月等效年龄 。由于早产儿在足月等效年龄时在子宫外的时间更长，其 fMRI BOLD 信号的 SE 水平高于足月儿 。同时，fMRI BOLD 信号的 Hurst 指数显示，早产儿低于 0.5，足月儿高于 0.5，这反映出从反持续性到持续性和尺度不变性活动的转变 。然而，早产儿在足月等效年龄时的 Hurst 指数仍低于足月儿，表明其长程时间相关性的成熟滞后 。EEG 微状态序列的 Hurst 指数在早产儿中较高（约 0.75），并随 PMA 下降，但仍高于 0.5 。这表明早产儿的微状态更具持续性，序列更可预测，尽管其血液动力学信号具有反持续性。
研究结论与讨论
综合上述研究结果，新生儿大脑亚稳动力学在孕晚期呈现出显著的发展变化。在空间分布上，亚稳状态的范围和功能连接的变异性随发育而改变；在时间动态方面，亚稳状态的覆盖度、转换速率以及与认知功能相关的 DMN 的作用都在不断发展；信号复杂性也逐渐增加，反映出大脑活动的成熟和多样化 。这些变化可能与大脑的结构和功能成熟密切相关，如结构连接的增加、兴奋性 - 抑制性平衡的转变等 。早产儿与足月儿在亚稳动力学上的差异，暗示了早产可能对大脑发育产生负面影响，导致认知发展延迟 。
此项研究的重要意义在于，它为深入理解早期大脑发育提供了新的视角，揭示了大脑亚稳动力学在孕晚期的发展规律以及早产对其的影响 。然而，目前该领域仍面临诸多挑战，如研究方法的标准化、不同研究结果的一致性、对新生儿亚稳性与认知功能关系的深入理解等 。未来研究需要进一步完善技术方法，开展更多纵向研究和产前研究，以更全面地揭示大脑亚稳动力学的奥秘，为早期干预和改善新生儿神经发育结局提供有力支持 。
