从出生到童年：结构性大脑连接组的分级成熟

婴儿大脑如何构建其神经线路

生命的最初几年是大脑发生惊人变化的时期。每一项新技能——从婴儿的第一次微笑到学龄儿童的问题解决能力——背后都是一张快速演化的神经纤维网络，将不同脑区连接起来。本研究追踪了这一称为结构性连接组的线路网络如何从出生到八岁生长与重组，揭示了大脑通信系统何时何地变得更快、更高效且更具抗损性。

不断扩展的大脑“高速公路”地图

作者汇集了200 多名典型发育儿童（出生至八岁）所做的先进磁共振成像数据。他们不单独看某一脑区，而是将大脑视为一张城市地图：灰质区域是“社区”，白质纤维是“道路”。借助网络科学的工具，他们衡量了信息通过这套道路系统的便捷程度，以及当关键枢纽被破坏时系统保持运作的能力。随后，他们比较了多种可能的成长曲线，以观察网络随时间如何变化。

早期更快、更坚韧的连接

在整个大脑范围内，随年龄增长通信变得更快且更可靠。全局与局部效率的指标——信号跨越长距离和在局部簇内传播的速度——在婴儿期急剧上升，随后在童年趋于平缓。与此同时，网络变得更具鲁棒性：在重要节点（例如高度连接的“枢纽”区域）丧失时，网络愈发能保持不被瓦解。这些趋势表明，大脑在最初几年迅速优化其线路，构建了既高效又容错的系统，而不仅仅是体积变大。

基础感觉与高级思维的不同时间表

研究还发现了处理基础感觉与运动的脑区与支持复杂思维与情感的脑区之间显著的差异。初级感觉与运动区的地区在通信能力上表现出稳步且较为缓和的提升。相比之下，高阶联合区——尤其是前额叶与岛叶皮层——呈现出快速且非线性的增益，这些增益在三岁之前达到高峰，并在童年继续精细化。这些高阶区域越来越多地聚集为密集连接的枢纽，并改变其模块归属，意味着它们改变了所协调的“子网络”。这些联合区早期的变化模式是预测约八岁时网络形态的重要指标，而初级区的早期变化预测性较弱。

驱动大脑线路规划的生物学基础

为了解为何会出现这种分级，研究者将网络变化与多种独立的大脑图谱进行比较，这些图谱反映了解剖学、进化、能量使用和基因活动。通信效率提升最显著的地方，与出生时髓鞘化较少、在人类进化中扩展最多并位于已知的感觉‑到‑联合梯度高端的区域相一致。模块角色最为灵活的区域则与血流量和能量使用更高的区域重合，表明大脑中最耗能的部分也是最具可塑性的。团队进一步证明，局部白质微结构的改善——特别是与轴突生长和髓鞘化相关的测量指标——有助于解释联合区早期效率变化如何促成晚期童年中高度互联的网络。

为何这些早年阶段至关重要

综合来看，这些发现描绘出一个并非均匀成熟的大脑，而是按照内在等级序列发展的图景。基础的感觉与运动系统在早期提供稳定输入，而联合区则经历快速且耗能的重塑，塑造了后期思维、情感与行为的通信骨干。由于最剧烈的变化发生在大约三岁之前，这项工作强调了早年阶段的高度敏感性——以及在这一窗口期白质发育受扰可能对学习和心理健康造成持久影响的原因。

引用: Zhao, T., Ouyang, M., Shou, XJ. et al. Hierarchical maturation of structural brain connectomes from birth to childhood. Nat Commun 17, 1945 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68704-w

关键词: 大脑发育, 白质, 连接组, 童年期, 神经影像学