脑智前沿科普|婴幼儿大脑网络的发展：从出生到两岁的大脑连接变化

生命的最初几年标志着人类大脑结构和功能发展的非凡时期，会对后来的认知能力产生深远而持久的影响。

众所周知，不同的认知功能由大脑的特定区域控制。全局效率反映信息在整个大脑网络中的传递能力，而局部效率则衡量某个脑区与周围脑区的信息交流能力。

图1：大脑的简单功能分区图

尽管许多研究已经报告了从婴儿早期到幼儿期大脑功能网络的发展特征，但大多基于图论在全脑或网络水平上的结果。且有研究显示，全局效率和局部效率大脑发育过程中趋势并不相关，即全局效率通常随时间增长，而局部效率则呈倒U形变化。

研究人员认为与全局属性相比，区域图论属性可能对捕捉特定行为和认知能力更敏感。

为此，研究人员利用来自UNC/UMN婴儿连接组249名婴幼儿的1401组 rs-fMRI 数据，研究了区域效率的发展轨迹，并在生命的前28个月使用Mullen早期学习量表评估了这些变化与认知能力之间的关系。

他们首先测试了两个假设：1）区域网络属性的发展模式在空间上的发展是存在差异的，这种不同的发展模式也反映了不同脑区的独特功能角色；2）特定脑区的发展属性与早期认知能力相关。

为了实现这些目标，我们研究了区域效率的特征，并报告了从婴儿期到幼儿期的区域全局效率（rGE）和局部效率（rLE）的发展轨迹。我们的发现表明，区域效率属性的发展轨迹可能反映了特定的功能角色。具体来说就是研究人员观察到参与感觉运动功能、初级视觉区域以及高级视觉和皮下区域的脑区分别表现出线性、对数（log）和二次的发展轨迹。此外，我们发现位于梭状皮层的rGE发展属性与认知能力相关，突显了区域网络属性与认知之间的潜在关系。

图2：区域全局效率（A）和区域局部效率（B）的显著发展。模型拟合的T值（第1-3列的颜色条）在FDR校正后提供（P < 0.05）。第一、第二和第三列分别代表使用线性、对数和二次模型拟合的结果。正T值和负T值分别表示第一和第二列随年龄增长的发展速率增加和减少。使用二次模型（第三列）时，正T值和负T值反映了随年龄增长的U型和倒U型发展。第四列展示了合并的发展特征，根据最佳拟合模型，展示了每个大脑区域不同的发展模式。

L：左半球；R：右半球。

该结果进一步验证了研究人员的假设：某些脑区的全局效率与认知能力相关，有助于预测儿童认知发展，并为有发育风险的婴幼儿制定个性化干预策略。此外，研究表明功能连接的变化随着年龄增长而变化，影响长期学习和社交能力，提示存在关键时期，特定脑区连接模式的变化可能对未来认知能力产生长期影响。

该研究揭示了婴幼儿大脑区域网络的异质性，显示不同脑区发育轨迹的显著差异，支持了大脑功能分区理论。这些发现为婴幼儿大脑发育的理解、早期筛查和干预提供了依据。

Reference：

Jiang, W. et al. Mapping the evolution of regional brain network efficiency and its association with cognitive abilities during the first twenty-eight months of life. Dev. Cogn. Neurosci. 63, 

https://doi.org/10.1016/j.dcn.2023.101284 (2023).

脑智发育实验室

脑智发育实验室（Brain and Intelligence Development Laboratory，简称BID实验室）坐落于上海科技大学生物医学工程学院大楼一楼，其设计理念立足于我国首次开展的大规模婴幼儿和儿童队列研究项目（科技创新2030—“脑科学与类脑研究”重大项目，即“脑计划”），以及创始院长沈定刚教授团队在婴幼儿队列建设和发育研究领域的经验。

BID 实验室针对婴幼儿和学龄儿童生理心理、社会能力、学习能力等特质，设计并建成适合婴幼儿和学龄儿童的，集脑科学研究、数据采集、科普教育、实验准备及实验空间为一体的综合实验室。

与成年人发育成熟的大脑不同，新生儿出生第1年大脑发育速度极快，大脑容量和形态特征快速变化，这对数据采集、成像技术和数据分析技术均提出了更高要求。精准的测量和分析婴幼儿早期脑发育图谱和发育轨迹，可以为早期识别诊断甚至治疗婴幼儿相关疾病提供关键依据。

0-6岁婴幼儿脑智发育队列项目将建设超过1000名0-6岁婴幼儿基因、环境、影像、行为纵向大队列，通过脑发育的基础研究，更早识别、治疗如自闭症、儿童多动症等“未解之病”，造福更多家庭。

中国学龄儿童脑智发育队列（6-18岁）项目旨在围绕儿童青少年的学习与心理健康发展，建设以6、7岁为起点的学龄儿童横断面和纵向队列，解析儿童青少年脑结构和功能发育规律，研发脑智提升方法与途径，助力中国特色学生心理健康公共服务体系的建立和亿万儿童青少年心理健康成长。

婴幼儿（0-6岁）队列与学龄儿（6-18）队列项目研究同时在上科大生医工学院开展，可以密切跟踪0-6岁的婴幼儿被试者并持续随访到儿童青少年期 (6-18岁)，实现对 0-18 岁脑智发育规律研究的全程无缝衔接。

声明：发表此篇文章是出于传递更多信息之目的，文章综合来源于网络。若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请与本网联系，我们将及时更正、删除，谢谢。 邮箱地址：info@chinayoujiao.com，联系电话：4007885161