貫穿一生的腦功能圖譜

人腦的發(fā)育并不是均勻同步進(jìn)行的。負(fù)責(zé)基本感覺的腦區(qū)會(huì)更早成熟，而支持抽象思維的腦區(qū)則往往需要數(shù)十年才能充分發(fā)育。

在一項(xiàng)新發(fā)表于《自然》雜志的研究中，一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)分析了3556名年齡從16天大的嬰兒到100歲的老人的腦部掃描數(shù)據(jù)，繪制出一份圖譜，首次確認(rèn)了腦組織中的三條基本軸線是如何在人類的整個(gè)生命周期中變化的。

三條軸線

腦是一個(gè)充滿“噪聲”的地方。有時(shí)，兩個(gè)相距很遠(yuǎn)的腦區(qū)會(huì)在同一時(shí)間活躍起來，這意味著它們可能在協(xié)同工作，共同支持同一種功能。如此一來，即便這些腦區(qū)在腦中的空間位置未必彼此接近，但仍可被被稱為是“功能連接”的。

新研究所繪制的圖譜，描繪的正是這種功能連接特征。為了理解這種功能連接是如何被組織起來的，研究人員依據(jù)各個(gè)腦區(qū)與腦的其余部分的連接模式，將這些腦區(qū)排列到“軸線”上，位于一條軸線兩個(gè)極端附近的腦區(qū)，在各自一端內(nèi)部都具有最相似的連接模式。

從功能上看，這樣的軸線主要有三條。

其中最為突出的一條是“感覺與關(guān)聯(lián)”軸，它從主要負(fù)責(zé)處理感覺信息的腦區(qū)，延伸到參與了更復(fù)雜的過程（例如把感覺信息整合進(jìn)復(fù)雜思維之中）的腦區(qū)。

另有兩條軸線則體現(xiàn)了進(jìn)一步的組織原則：一條是“視覺與身體”軸，它的一端涉及視覺處理，另一端涉及與身體相關(guān)的處理；另一條是“控制與表征”軸，一端位于參與認(rèn)知控制的腦區(qū)（如目標(biāo)導(dǎo)向行為和工作記憶等功能），另一端位于參與形成外部世界的內(nèi)部表征和自我相關(guān)思維的腦區(qū)。

貫穿一生

過去已經(jīng)有研究描繪過這些軸線在兒童期以及整個(gè)成年期如何變化，但還沒有追蹤過它們?cè)谡麄€(gè)人類生命周期中的全貌。為了填補(bǔ)這一空白，研究人員將這一分析框架應(yīng)用于3556名涵蓋了從新生兒一直覆蓋到百歲老人的腦的功能性磁共振成像（fMRI）掃描數(shù)據(jù)上，從而追蹤了這三條主要的功能軸線在不同年齡階段的發(fā)展和變化。

腦的功能組織可以用三個(gè)映射到大腦皮質(zhì)的關(guān)鍵空間梯度來描述。每個(gè)梯度的兩個(gè)極端分別代表一類具有相似連接模式的腦區(qū)，這反映出它們參與的是相似的功能。借助腦成像技術(shù)，研究人員報(bào)告了這些梯度從出生到老年是如何變化的。（圖/Taylor, H. P. IV et al./Nature）

研究結(jié)果表明，從嬰兒期到老年期，每一條軸線都遵循獨(dú)特的自身發(fā)育軌跡。例如，“感覺與關(guān)聯(lián)”和“控制與表征”軸在兒童期和青春期持續(xù)擴(kuò)展，并在大約19歲左右達(dá)到峰值。這與參與復(fù)雜高階認(rèn)知過程的腦網(wǎng)絡(luò)具有較長(zhǎng)成熟期這一現(xiàn)象是一致的。

相比之下，“視覺與身體”軸的峰值則出現(xiàn)的早得多，大約在5歲左右達(dá)到最高點(diǎn)，隨后逐漸收縮。這種不同步的變化，呼應(yīng)了細(xì)胞層面一個(gè)廣為人知的模式：初級(jí)視皮質(zhì)中的突觸密度會(huì)在嬰兒期達(dá)到峰值，而前額葉皮質(zhì)中的突觸則要到生命的第二年才達(dá)到最大密度。

這些軌跡顯示，梯度的范圍在整個(gè)人生過程中會(huì)經(jīng)歷擴(kuò)展與收縮。其中視覺與身體（VS）梯度的擴(kuò)展大約在5歲時(shí)達(dá)到峰值，而感覺與關(guān)聯(lián)（SA）梯度和控制與表征（MR）梯度則大約在19歲時(shí)達(dá)到峰值。這些模式反映出，基礎(chǔ)感覺系統(tǒng)在生命早期便趨于成熟，而參與復(fù)雜認(rèn)知過程的腦網(wǎng)絡(luò)則經(jīng)歷更漫長(zhǎng)的成熟過程。（圖/Taylor, H. P. IV et al./Nature）

簡(jiǎn)而言之，嬰兒的腦主要圍繞基本感覺系統(tǒng)之間鮮明的區(qū)分來組織；但隨著發(fā)育的推進(jìn)，更抽象的組織原則會(huì)逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。在年輕成年人中，一個(gè)人的“感覺與關(guān)聯(lián)”梯度與總體人群的平均模式越接近，其在多個(gè)認(rèn)知領(lǐng)域中的表現(xiàn)往往越好。而在嬰兒中，“控制與表征”軸則最早顯示出與新出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)技能之間的聯(lián)系。因此，不同的組織原則會(huì)在生命的不同階段，對(duì)認(rèn)知表現(xiàn)出不同的重要性。

走向有序

就像兒童的生長(zhǎng)曲線圖能幫助兒科醫(yī)生追蹤身高相對(duì)于總體標(biāo)準(zhǔn)處在什么位置一樣，這些貫穿了整個(gè)生命周期的軸線也能幫助研究人員識(shí)別腦組織是在何時(shí)、又是在何處偏離了典型發(fā)育軌跡的。

盡管這份腦功能圖譜是理解整個(gè)生命周期中不同腦區(qū)彼此關(guān)系的“至關(guān)重要的第一步”，但它還無法捕捉功能連接性在具體個(gè)體中的組織方式。接下來的一個(gè)研究重點(diǎn)，或?qū)⑹蔷_追蹤腦網(wǎng)絡(luò)是如何隨時(shí)間發(fā)生變化的。

與此同時(shí)，研究人員表示，他們計(jì)劃更深入地考察組織腦功能模式的動(dòng)態(tài)機(jī)制，并研究這些模式在不同人群中呈現(xiàn)出怎樣的樣貌。還有大量問題有待厘清。

#參考來源：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10219-x

https://www.nature.com/articles/d41586-026-00637-2

https://www.nature.com/articles/d41586-026-00975-1

#圖片來源：

封面圖&首圖：geralt / Pixabay