近日，《自然·人類行為》（Nature Human Behaviour）期刊發(fā)表了一項由北卡羅來納大學（University of North Carolina）牽頭的研究成果。研究團隊首次基于功能性磁共振成像（fMRI）數(shù)據(jù)，構(gòu)建了從出生到6歲兒童大腦功能連接的發(fā)育圖譜，為兒童早期認知發(fā)育監(jiān)測提供了全新工具。

類似“身高體重曲線”的大腦功能發(fā)育圖譜

早期兒童時期是大腦發(fā)育最迅速、最具可塑性的階段。雖然身高、體重等身體生長已有成熟的標準化圖表，但大腦功能發(fā)展的“標準曲線”仍然缺乏。研究人員此次建立的“功能連接發(fā)育圖譜”正填補了這一空白。

研究共納入了來自五個兒科影像學隊列的501名兒童，累計收集了1,091份靜息態(tài)功能MRI掃描數(shù)據(jù)。掃描覆蓋了從嬰兒到6歲這一關(guān)鍵發(fā)育時期。

睡眠與清醒狀態(tài)的數(shù)據(jù)整合

由于嬰幼兒在進行MRI掃描時常處于睡眠狀態(tài)，而清醒與睡眠狀態(tài)下的大腦連接模式存在顯著差異，研究團隊運用彈性網(wǎng)絡(luò)回歸（Elastic Net Regression）模型模擬清醒狀態(tài)下的大腦連接圖譜，并利用ComBat方法減少不同掃描中心帶來的數(shù)據(jù)偏差，從而統(tǒng)一分析標準。

八大腦網(wǎng)絡(luò)功能發(fā)育趨勢明確

研究構(gòu)建了八大典型功能網(wǎng)絡(luò)的發(fā)育軌跡，包括視覺、軀體運動、邊緣系統(tǒng)、默認模式網(wǎng)絡(luò)、注意力網(wǎng)絡(luò)（腹側(cè)與背側(cè)）、控制網(wǎng)絡(luò)和皮層下網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)每個網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展節(jié)奏與高峰時間點各不相同：

• 視覺網(wǎng)絡(luò)：約在5個月達到高峰，隨后隨著功能分化逐漸下降，至4歲穩(wěn)定；
• 軀體運動網(wǎng)絡(luò)：出生后逐步下降，至18個月趨于平穩(wěn)；
• 邊緣系統(tǒng)（Limbic network）：10個月左右達到高峰后維持穩(wěn)定；
• 默認模式網(wǎng)絡(luò)：約16個月出現(xiàn)高峰，隨后趨于平穩(wěn)；
• 腹側(cè)注意力網(wǎng)絡(luò)：約在21個月前迅速增長，隨后保持穩(wěn)定；
• 背側(cè)注意力網(wǎng)絡(luò)：自18個月開始逐步上升；
• 控制網(wǎng)絡(luò)：從出生起持續(xù)增強，6歲仍在增長；
• 皮層下網(wǎng)絡(luò)：在整個時間段內(nèi)保持較高且穩(wěn)定的連接水平。

此外，研究還發(fā)現(xiàn)，不同網(wǎng)絡(luò)之間的交互關(guān)系在發(fā)育過程中經(jīng)歷了整合、競爭和解耦等動態(tài)變化，反映了大腦各系統(tǒng)功能協(xié)同的演進過程。

功能連接與認知能力高度相關(guān)

研究進一步將這些功能連接圖譜與兒童在Mullen早期學習量表（Mullen Scales of Early Learning）上的表現(xiàn)進行關(guān)聯(lián)分析。結(jié)果顯示，大腦連接模式的偏離與認知表現(xiàn)差異密切相關(guān)，尤其在表達語言、接受性語言、精細運動和視覺識別能力方面，初級網(wǎng)絡(luò)、注意力網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)與默認模式網(wǎng)絡(luò)的功能連接最能預(yù)測兒童的認知能力水平。

為早期干預(yù)提供新方向

研究人員表示，這項工作首次系統(tǒng)性地提出了大腦功能發(fā)育的“標準曲線”概念，未來有望像“生長發(fā)育曲線”一樣，用于早期識別發(fā)育異常的兒童，為干預(yù)和治療爭取寶貴時間。

論文作者也強調(diào)，未來研究若能采集更多高質(zhì)量的清醒狀態(tài)fMRI數(shù)據(jù)，將進一步提高發(fā)育圖譜的精度和適用性。

參考文獻：Weiyan Yin et al, Charting brain functional development from birth to 6 years of age,?Nature Human Behaviour?(2025).?DOI: 10.1038/s41562-025-02160-2

編輯：王洪

排版：李麗