大规模综合分析揭示青春期大脑结构与认知能力之间的关联

为什么青少年大脑重要

青春期是大脑与心智的转折点。在这些年里，青少年的思维能力——例如推理、记忆和注意力——可能发生显著变化，且大脑的物理结构也在改变。本研究提出了一个简单但意义深远的问题：这些大脑变化与青少年思维表现的关联有多紧密？随着年龄从大约九岁到十五岁，这种关联本身会发生变化吗？

洞察数千名青少年的大脑

为了解答这一问题，研究者利用了青少年大脑认知发展（ABCD）研究中超过8,500名儿童和青少年的脑成像与认知测试数据，这是有史以来规模最大的脑科学项目之一。每位参与者完成了揭示脑解剖和组织特性的结构性MRI扫描，以及反映水分子在脑组织中运动方式的扩散扫描，这些扩散数据可提供神经纤维连线的线索。研究团队在皮层和更深的脑结构中测量了16种不同特征，然后用这些测量构建了不同脑区之间相似性的地图——本质上是一幅脑的结构网络图。

绘制脑区、连接与枢纽

作者没有单独考察单一脑测量指标，而是为每位被试建立了丰富的大脑描述，包括区域属性、区域对之间结构连接的强度，以及反映某一区域在整体网络中中心性（“枢纽”）的特征。随后，他们将这16,563个脑特征与七项认知测试的表现以及概括各项任务共同能力的总体“通用智能”分数联系起来。借助先进的统计建模和数千次重采样以确保稳健性，分析允许不同脑特征相互竞争，从而突出了哪些脑区和网络属性与思维能力最稳定相关。

与思维相关的关键脑区与测量

与通用智能关系最强的结构性联系主要集中在额叶、颞叶和枕叶。这些区域分别支持计划与决策、语言与意义加工以及视觉处理。相比之下，一些深部结构和岛叶作为网络枢纽时显示的关联较弱。当研究者将全脑的关联汇总时，传统的结构性MRI指标——例如皮层厚度、皮层褶皱深度以及与组织成分相关的信号——比基于扩散的测量更为突出。那些在全脑范围内连接良好的网络枢纽，与认知能力的相关性高于仅在局部连接良好的枢纽，这强化了广泛跨系统交流支持更高认知能力的观点。

这些关联如何随年龄变化

本研究一个显著特点是关注年龄依赖性：不仅考察大脑结构是否与认知相关，还考察这种关联在九岁到十五岁之间是增强还是减弱。与思维关联最强的相同脑区——额叶、颞叶，尤其是枕叶——也显示出这些关联随年龄变化最明显。换言之，在这些区域，结构与表现之间的关系并非固定不变，而是在青春期演化。那些对能力最有预测力的全脑测量（主要基于结构性MRI）也趋向于表现出最强的年龄依赖性。在网络层面上，局部属性变得更为对年龄敏感，这表明局部电路的微调在这些年里可能尤为动态。

对成长中思维的意义

综合来看，这些发现将青春期描绘为一个关键时期：关键脑区的解剖结构及其在大尺度网络中的位置，与青少年的思维表现密切相关——而且这种脑-心智的联系本身仍在成熟。该研究表明，大规模且经过精细分析的数据集可以揭示哪些脑区的结构对认知能力最具信息性，以及这些关系如何随成长而变化。尽管该研究并未证明因果关系，但它为理解在这一关键发育窗口期大脑结构与思维能力如何并行变化提供了详尽路线图，并为未来关于典型与非典型认知成长的研究奠定了基础。

引用: Yan, J., Iturria-Medina, Y., Bezgin, G. et al. Comprehensive large-scale analyses reveal association between brain structure and cognitive ability during adolescence. Commun Biol 9, 584 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09831-4

关键词: 青少年大脑发育, 认知能力, 大脑结构, 大脑网络, MRI