青少年功能连接发展中的空间异质性与亚型

为何成长中的大脑不会都走同一条路

每个孩子的大脑在成长过程中都在迅速变化，但这些变化并非同步发生。某些脑区早熟，另一些则较晚成熟，且不同个体之间的具体模式可能各不相同。本研究提出了一个简单却重要的问题：这些在大脑不同区域出现的多样化增长模式如何与认知能力相关联？在细胞和基因层面下可能发生了什么变化？

逐区观察大脑“年龄”

科学家常谈论一个人的“大脑年龄”，这是从脑成像估算出的分数，用来表明大脑看起来比实际年龄更年轻还是更年长。传统上，这通常是对整个大脑给出的一个单一数值。本文作者认为这过于粗糙：大脑皮层的不同部分成熟速度各异。研究团队利用来自1100多名、年龄在5至23岁的儿童和青年功能性磁共振成像数据，为每一个小的皮层区域建立了单独的计算模型。对于每个区域和每个人，模型基于该区域与其他所有区域的功能连接强度来预测一个局部的大脑年龄。用预测值减去实际年龄得到区域性的大脑发育指数，该指数指示某一特定皮层区域是领先还是滞后于预期时间表发育。

青少年大脑发育的三种模式

有了这些区域性得分后，研究团队在个体之间寻找共性模式。他们发现了三种不同的大脑发育“亚型”。一种亚型表现为皮层普遍延迟发育。第二种在高级联结区表现出显著的提前发育，这些区域包括与做白日梦、自我反思和灵活思维相关的脑区。第三种主要在支持运动和基本感觉的感觉运动区域表现出提前发育。重要的是，这些模式并不只是年龄或性别的简单反映；同龄儿童可能因其脑区相互之间的发育进度不同而落入不同的亚型。

这些脑模式如何对应认知能力

关键检验是这些大脑亚型是否与行为有关系。研究者比较了儿童在评估执行功能（计划与自我控制）、社会理解和记忆的任务中的表现。处于高级联结区发育提前那一亚型的青少年在这三个认知领域均明显优于另外两组，这一结果在费城队列和来自人类连接组工程的第二个独立样本中均得到复制。相比之下，那些感觉运动区最为提前的儿童并未表现出同样的认知优势，尽管在某些方面他们的大脑在整体上看起来“更老”。这表明大脑在哪些区域超前或滞后于时间表，比整体成熟速度更能影响认知表现。

与大脑层级结构和微观生物学的关联

该研究还将这些发育模式与大脑更广泛的组织结构和底层生物学联系起来。表现较好的亚型与已知的一条从低级感觉运动区到高级联结区的轴线一致：在这些青少年中，高级区往往更为成熟，而低级区略显滞后。该模式也与髓鞘量的测量结果相吻合，髓鞘是加速神经信号传导的脂质包被，提示存在支持更高效信息传递的结构性变化。最后，通过将区域性发育模式与人类皮层基因表达的大型图谱进行比较，研究人员发现“高表现”亚型在神经元分化、突触形成和髓鞘化等基因上富集——这些恰恰是被认为在儿童和青春期塑造脑回路的过程。

这对理解年轻心智意味着什么

对非专业读者而言，结论是：健康的大脑发育并不仅仅关乎总体上生长得更快或更慢，而在于大脑内部时间表的协调性：当高级认知区域的成熟与大脑的自然层级相协调时，年轻人往往表现出更强的记忆力、社交能力和执行功能。这种更细化的、逐区的大脑“年龄”视角，未来可能帮助研究者更好地理解为何有些儿童表现优异而另一些则困难重重，并且有朝一日可能指导更个性化的教育和心理健康干预——尽管在实践应用之前仍需大量工作，尤其是长期随访研究。

引用: Li, H., Cui, Z., Cieslak, M. et al. Spatial heterogeneity and subtypes of functional connectivity development in youth. Nat Commun 17, 1956 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68707-7

关键词: 大脑发育, 功能连接, 青少年认知, 大脑年龄, 神经影像学