PNAS:人類認知能力在青少年時期迅速發展,大腦的結構-功能耦合扮演著重要角色!
生物探索 · 2020/01/16
通過繪制兒童和青少年大腦發育圖,研究者發現,人類認知在青少年期間的快速發育,在一定程度上依賴于前額葉皮質等復雜腦區的結構-功能耦合的長期發展。這項工作得到了國家心理健康研究所和壽命腦研究所的支持,研究成果發表在《PNAS》上。

從幼年到成年,人類的大腦逐漸形成許多回路(circuits),成為一個有層次的功能系統,以實現自控、決策和復雜思維等重要行為。這些回路由白質通路(white matterpathways)錨定,進而協調認知所需的大腦活動。但是白質的發育尚不清楚。

通過繪制兒童和青少年大腦發育圖,研究者發現,人類認知在青少年期間的快速發育,在一定程度上依賴于前額葉皮質等復雜腦區的結構-功能耦合的長期發展。這項工作得到了國家心理健康研究所和壽命腦研究所的支持,研究成果發表在《PNAS》上。


DOI:10.1073/pnas.1912034117

研究人員利用擴散加權成像與n-回歸功能MRI數據,繪制并分析了727名8至23歲參與者的多模態神經成像數據,發現結構-功能耦合的區域變異性與特定腦區所負責的功能復雜性成反比,即結構-功能耦合程度越低,負責的行為就越抽象、越靈活、越復雜。


人腦網絡的結構-功能耦合

結果還顯示,在靈長類進化過程中,大腦的相關區域,如前額葉皮層會急劇擴大,這可能意味著人類認知能力的出現,而且其結構-功能的耦合程度較低,這表明,人腦的結構-功能耦合也與已知的大腦擴張模式相一致。此外,在兒童和青少年時期,復雜的額葉腦區的結構-功能耦合程度增加。


結構-功能耦合的個體差異與執行功能相關

該研究勾勒出青少年大腦發展的一個關鍵維度,即結構和功能連接之間的耦合重塑,以支持功能性的專門化和認知能力。該研究的資深作者,賓夕法尼亞大學精神病學助理教授Theodore Satterthwaite說道,由于發育中的大腦連通性異常和執行功能缺陷往往與青年時期出現的精神疾病有關,該發現可能有助于識別腦發育生物標志物,預測晚年認知。


參考資料:

[1] Development of structure–function coupling in human brainnetworks during youth

[2] Researchidentifies changes in neural circuits underlying self-control duringadolescence

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