PNAS:人类认知能力在青少年时期迅速发展,大脑的结构-功能耦合扮演着重要角色!

2020-01-17 不详 生物探索

从幼年到成年,人类的大脑逐渐形成许多回路(circuits),成为一个有层次的功能系统,以实现自控、决策和复杂思维等重要行为。这些回路由白质通路(white matterpathways)锚定,进而协调认知所需的大脑活动。但是白质的发育尚不清楚。

从幼年到成年,人类的大脑逐渐形成许多回路(circuits),成为一个有层次的功能系统,以实现自控、决策和复杂思维等重要行为。这些回路由白质通路(white matterpathways)锚定,进而协调认知所需的大脑活动。但是白质的发育尚不清楚。

通过绘制儿童和青少年大脑发育图,研究者发现,人类认知在青少年期间的快速发育,在一定程度上依赖于前额叶皮质等复杂脑区的结构-功能耦合的长期发展。这项工作得到了国家心理健康研究所和寿命脑研究所的支持,研究成果发表在《PNAS》上。


DOI:10.1073/pnas.1912034117

研究人员利用扩散加权成像与n-回归功能MRI数据,绘制并分析了727名8至23岁参与者的多模态神经成像数据,发现结构-功能耦合的区域变异性与特定脑区所负责的功能复杂性成反比,即结构-功能耦合程度越低,负责的行为就越抽象、越灵活、越复杂。


人脑网络的结构-功能耦合

结果还显示,在灵长类进化过程中,大脑的相关区域,如前额叶皮层会急剧扩大,这可能意味着人类认知能力的出现,而且其结构-功能的耦合程度较低,这表明,人脑的结构-功能耦合也与已知的大脑扩张模式相一致。此外,在儿童和青少年时期,复杂的额叶脑区的结构-功能耦合程度增加。


结构-功能耦合的个体差异与执行功能相关

该研究勾勒出青少年大脑发展的一个关键维度,即结构和功能连接之间的耦合重塑,以支持功能性的专门化和认知能力。该研究的资深作者,宾夕法尼亚大学精神病学助理教授Theodore Satterthwaite说道,由于发育中的大脑连通性异常和执行功能缺陷往往与青年时期出现的精神疾病有关,该发现可能有助于识别脑发育生物标志物,预测晚年认知。

原始出处:

Graham L. Baum, Zaixu Cui, David R. Roalf, et.al. Development of structure–function coupling in human brain networks during youth. PNAS January 7, 2020 117 (1) 771-778



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