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劍橋大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)確定了人類一生中大腦結(jié)構(gòu)經(jīng)歷的五個(gè)重大轉(zhuǎn)折階段。

人從出生開(kāi)始就一直成長(zhǎng)、成熟和衰老，此過(guò)程伴隨大腦的不斷重塑、適應(yīng)各種思維模式，而這五大階段就是大腦重塑的五個(gè)關(guān)鍵時(shí)期。

新研究刊載于《自然-通訊》雜志。作者團(tuán)隊(duì)通過(guò)分析磁共振彌散成像數(shù)據(jù)集，對(duì)比了3802名0至90歲受試者的大腦結(jié)構(gòu)。磁共振彌散成像技術(shù)(dMRI)能追蹤腦組織內(nèi)水分子沿神經(jīng)纖維的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而揭示大腦白質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)通路，繪制神經(jīng)連接圖譜。

白質(zhì)的主體是無(wú)數(shù)被髓鞘包裹的神經(jīng)纖維。神經(jīng)纖維聚集成束，神經(jīng)束網(wǎng)絡(luò)猶如高速公路般連接不同腦區(qū)。

團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)：從出生到死亡，人類大腦會(huì)經(jīng)歷五個(gè)主要階段，五段時(shí)期由四次代表大腦結(jié)構(gòu)重塑的轉(zhuǎn)折分隔。如下圖所示。

本圖代表性地展示了人類大腦各時(shí)期白質(zhì)纖維束的dMRI成像圖

四個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)于：9歲、32歲、66歲和83歲

每個(gè)階段都有其獨(dú)特的大腦結(jié)構(gòu)特征，可通過(guò)三個(gè)維度體現(xiàn)——

• 整合性(integration)，即大腦的信息傳遞效率；

• 分離性(segregation)，即神經(jīng)子網(wǎng)絡(luò)專業(yè)化程度；

• 中心性(centrality)，即特定節(jié)點(diǎn)之于系統(tǒng)的重要性。

論文作者之一、神經(jīng)科學(xué)家亞歷克莎·穆斯利(Alexa Mousley)表示：“我們已知神經(jīng)連接對(duì)大腦發(fā)育至關(guān)重要，但始終缺乏關(guān)于其生命周期變化規(guī)律及成因的全面認(rèn)知。此項(xiàng)工作首次明確了人類全生命周期里神經(jīng)連接的主要階段劃分。這些關(guān)鍵時(shí)期為我們理解大腦在不同人生階段最擅長(zhǎng)什么、更易受損于什么提供了重要背景，有助于探究為何有些大腦在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)異常——無(wú)論是兒童期的學(xué)習(xí)障礙，還是老年期的癡呆癥?！?/p>

0 – 9 歲 |

嬰幼兒至兒童期：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的“大建大拆”

從出生到大約9歲，這是我們大腦超速運(yùn)轉(zhuǎn)的階段。

萬(wàn)億突觸競(jìng)爭(zhēng)求存，白質(zhì)神經(jīng)束飛快擴(kuò)張。最活躍的突觸得以保留，其他許多形成于嬰兒時(shí)期的突觸則逐漸退化。令人驚訝的是，該時(shí)期大腦的全局效率，即在遠(yuǎn)距離腦區(qū)間快速傳遞信息的能力，反倒下降了。

研究團(tuán)隊(duì)指出：“兒童階段的拓?fù)涮卣髯铒@著體現(xiàn)于相鄰神經(jīng)節(jié)點(diǎn)間的互連程度上?！?/p>

兒童期大腦

兒童期的突觸修剪現(xiàn)象，可呼應(yīng)父母從年幼子女行為中觀察到的特征，包括專注力高度集中、學(xué)習(xí)能力極強(qiáng)以及情緒波動(dòng)劇烈。當(dāng)然，隨著青春期荷爾蒙浪潮在9歲左右啟動(dòng)，大腦結(jié)構(gòu)也就此首度迎來(lái)大轉(zhuǎn)折——從構(gòu)建局部神經(jīng)集群轉(zhuǎn)向加強(qiáng)全局整合能力。

9 – 32 歲 |

青少年至成年早期：神經(jīng)連接優(yōu)化至巔峰

從9歲到32歲，也就是青少年至成年早期這一階段，大腦能迅猛地優(yōu)化神經(jīng)連接。

其顯著特征是全局整合性增強(qiáng)，與此同時(shí)全局分離性減弱，局部專業(yè)化程度提升。用穆斯利的話說(shuō)：“首次轉(zhuǎn)折點(diǎn)之后，大腦猛然提升連接效率——神經(jīng)通路縮短，信息傳遞更加迅速?！焙?jiǎn)而言之，該階段內(nèi)大腦在多任務(wù)處理和專業(yè)化分工兩方面的能力都顯著進(jìn)階。

青春期大腦

而這段優(yōu)化之旅會(huì)于大約32歲，也就是人生第二大轉(zhuǎn)折點(diǎn)處達(dá)到頂峰、停止增長(zhǎng)。此轉(zhuǎn)折被研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為是最極致的劇變。之后全局效率不再提升，大腦結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，認(rèn)知表現(xiàn)和人格特質(zhì)也進(jìn)入穩(wěn)態(tài)(與其他觀察結(jié)果相符)，成人模式正式確立。此外，大腦的功能分區(qū)化特征更為顯著。

穆斯利指出：“雖然青春期起點(diǎn)明確，但科學(xué)上很難界定其終點(diǎn)。僅就神經(jīng)結(jié)構(gòu)而言，我們發(fā)現(xiàn)類似青春期的大腦結(jié)構(gòu)變化會(huì)持續(xù)到三十出頭?！?/p>

32 – 66 歲 |

成年期：從全局整合到區(qū)域分化

32～66歲的成年期對(duì)應(yīng)大腦的漫長(zhǎng)穩(wěn)定期。整合性逐漸減弱，分離性相應(yīng)增強(qiáng)。研究團(tuán)隊(duì)指出，此階段最顯著的拓?fù)涮卣魇恰?b>相鄰腦區(qū)間的連接性增強(qiáng)”。

成年期的大腦

而在到達(dá)66歲左右的轉(zhuǎn)折點(diǎn)后，之前積累的變化將引發(fā)新一輪轉(zhuǎn)變，推動(dòng)大腦進(jìn)入老年初期階段。白質(zhì)開(kāi)始變薄。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)“模塊化”程度加深，這意味著各腦區(qū)越發(fā)自成體系，不同區(qū)域間的交流減少。

老年初期的大腦

穆斯利表示：“根據(jù)數(shù)據(jù)可推測(cè)，大腦網(wǎng)絡(luò)的逐步重組過(guò)程于66歲左右達(dá)到臨界點(diǎn)，這可能與衰老過(guò)程相關(guān)，隨著白質(zhì)開(kāi)始退化，神經(jīng)連接會(huì)進(jìn)一步減少。”與此呼應(yīng)的臨床關(guān)聯(lián)是癡呆癥和高血壓這兩種損害大腦連接性的疾病風(fēng)險(xiǎn)上升。

83 歲 |

最后的神經(jīng)港灣

83歲是大腦的最終轉(zhuǎn)折處，意味著老年晚期的到來(lái)。此后大腦將越發(fā)依賴少數(shù)幾個(gè)樞紐區(qū)域承擔(dān)重任。如穆斯利所言，老年晚期大腦用于維持神經(jīng)連接的資源減少，因此更依賴特定區(qū)域充當(dāng)連接樞紐。

網(wǎng)絡(luò)科學(xué)有一個(gè)所謂“子圖中心性”(subgraph centrality)的概念，用以衡量網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)重要性。穆斯利等人通過(guò)該指標(biāo)確定了大腦信息網(wǎng)絡(luò)的核心樞紐——原來(lái)老年晚期大腦只有枕回和中央后回等少數(shù)腦區(qū)還保持較強(qiáng)連接性。

老年晚期的大腦

另一位研究作者鄧肯·阿斯特爾(Duncan Astle)表示，大腦的轉(zhuǎn)折點(diǎn)可以折射人類生命歷程的深層規(guī)律?！安簧偃藭?huì)覺(jué)得自己人生似乎由多個(gè)不同階段構(gòu)成。事實(shí)證明，大腦的確要經(jīng)歷轉(zhuǎn)折分明的不同時(shí)期。”

阿斯特爾還指出，新研究進(jìn)一步證實(shí)了心理疾病、學(xué)習(xí)障礙和癡呆癥的確高發(fā)于神經(jīng)重組的關(guān)鍵階段。我們已知諸多神經(jīng)發(fā)育障礙、心理問(wèn)題及神經(jīng)系統(tǒng)疾病都與大腦連接方式相關(guān)，在此基礎(chǔ)上，更深入理解大腦結(jié)構(gòu)演變非勻速、有轉(zhuǎn)折、分階段的特點(diǎn)，將幫助我們識(shí)別：神經(jīng)連接更容易于何時(shí)、以何方式受到干擾。

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