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早期大腦功能網(wǎng)絡(luò)發(fā)育的分層模型

 思影科技 2025-05-29 發(fā)布于重慶
   功能大腦網(wǎng)絡(luò)在產(chǎn)前出現(xiàn),于生命最初幾年交互式生長,并隨著年齡優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部拓?fù)浼熬W(wǎng)絡(luò)間交互。本文綜述過去二十年對(duì)這一過程的研究成果,旨在將功能網(wǎng)絡(luò)的成長與不斷顯現(xiàn)的行為相聯(lián)系,從功能網(wǎng)絡(luò)視角更整體地理解發(fā)育中的大腦與行為。綜合證據(jù)表明,大腦功能網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展遵循重疊式層級(jí):由初級(jí)感覺/運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)起步,隨后以社會(huì)情緒為中心,最終發(fā)展至高階認(rèn)知/執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)。文章亦討論風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)改變、韌性因素、治療效應(yīng)及新型治療機(jī)會(huì),以期推動(dòng)未來借助影像手段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與干預(yù)。本文發(fā)表在Trends in Cognitive Sciences雜志。
亮點(diǎn)
  • 早期大腦功能網(wǎng)絡(luò)發(fā)育雖為交互式,但大體遵循重疊式層級(jí)結(jié)構(gòu):初級(jí)感覺/運(yùn)動(dòng)開始,繼而到社會(huì)/情緒,最終到認(rèn)知/執(zhí)行控制。

  • 初級(jí)網(wǎng)絡(luò)在產(chǎn)前即出現(xiàn),并在圍產(chǎn)期達(dá)到接近成人的空間拓?fù)洌灾С稚匦韫δ?,并為其他功能的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

  • 社會(huì)情緒中心的發(fā)展主導(dǎo)第一年,形成連接下游初級(jí)功能與上游認(rèn)知/執(zhí)行控制功能的“整合核心”。

  • 認(rèn)知與執(zhí)行中心的網(wǎng)絡(luò)發(fā)育路徑更為漫長。

  • 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞某墒觳⒉坏韧诠δ艹墒?,而是為大腦后續(xù)長期、基于經(jīng)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外細(xì)節(jié)調(diào)諧做好準(zhǔn)備,以持續(xù)優(yōu)化功能/行為。

關(guān)鍵詞:早期大腦發(fā)育;靜息態(tài)功能網(wǎng)絡(luò);社會(huì)情緒發(fā)育;認(rèn)知發(fā)育;初級(jí)感覺運(yùn)動(dòng)發(fā)育


早期大腦功能發(fā)育的深入理解至關(guān)重要

     從子宮里的單個(gè)細(xì)胞到活潑的幼童,生命最初幾年是人類發(fā)育最為劇烈、最具決定性的時(shí)期。在此期間,大腦發(fā)生巨變:形成數(shù)千億個(gè)神經(jīng)元;建立樹突與軸突連接;生成大量支持細(xì)胞。這些要素共同奠定功能網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),支撐感覺、運(yùn)動(dòng)、社會(huì)、情緒與認(rèn)知功能的發(fā)展。此過程對(duì)每個(gè)個(gè)體而言高度動(dòng)態(tài)且精準(zhǔn)定時(shí),意味早期的細(xì)微偏差可因級(jí)聯(lián)效應(yīng)在后期導(dǎo)致顯著發(fā)育問題/障礙。因此,了解正常早期大腦功能發(fā)育軌跡及風(fēng)險(xiǎn)因素影響至關(guān)重要。

    過去二十余年,非侵入性成像技術(shù)——如腦電圖(EEG)、功能近紅外光譜(fNIRS)、靜息態(tài)功能 MRI(rsfMRI)——大幅推進(jìn)了我們對(duì)不同功能網(wǎng)絡(luò)早期出現(xiàn)與成長的理解。研究顯示,原始功能網(wǎng)絡(luò)在宮內(nèi)即出現(xiàn);嬰兒期經(jīng)歷顯著同步化與專門化;且遠(yuǎn)超最初幾年持續(xù)演化與精細(xì)化。該過程似乎循序卻又交互,并可能在進(jìn)化上優(yōu)化以滿足初期生存、早期/長期心理健康及隨年齡增長的學(xué)習(xí)和適應(yīng)需求。

     本文總結(jié)功能網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的模式并將其與觀察到的行為相聯(lián)系,以功能網(wǎng)絡(luò)視角更整體地理解發(fā)育中的大腦與行為。雖然主要聚焦于 rsfMRI 發(fā)現(xiàn),但在特別重要處亦納入 EEG 與 fNIRS 的見解。基于綜述,提出早期大腦功能網(wǎng)絡(luò)發(fā)育遵循重疊層級(jí):初級(jí)感覺/運(yùn)動(dòng)社會(huì)情緒中心,最終到認(rèn)知/執(zhí)行控制中心。文章還討論影像技術(shù)如何助力早期風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與干預(yù)策略。

初級(jí)功能網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成發(fā)育層級(jí)的基礎(chǔ)

     初級(jí)功能涵蓋兩大域:感覺域(體感、視覺、嗅覺、聽覺)與運(yùn)動(dòng)域二者可能齊頭并進(jìn),自宮內(nèi)即開始發(fā)展;運(yùn)動(dòng)功能與感覺功能交互,為胎兒提供“體驗(yàn)”機(jī)會(huì),或作為輸出響應(yīng)內(nèi)外刺激。它們?cè)诋a(chǎn)前出現(xiàn),為多數(shù)其他腦功能的發(fā)展提供主要“養(yǎng)料”。例如,胎兒約在孕 6 周開始彎曲頭/軀干;8–20 周出現(xiàn)自發(fā)驚跳、動(dòng)作與抽動(dòng);至 21–23 周,對(duì)外部觸覺、振聲、聽覺及視覺刺激的運(yùn)動(dòng)反應(yīng)已明顯,顯示感覺與運(yùn)動(dòng)功能整合發(fā)展。盡管難以直接觀察胎兒對(duì)嗅覺刺激的反應(yīng),新生兒在出生后不久即可憑氣味找到母親。

     與感覺功能在宮內(nèi)出現(xiàn)一致,感覺相關(guān)同源腦區(qū)的雙側(cè)同步亦在產(chǎn)前顯現(xiàn)。出生后不久,多數(shù)皮層感覺網(wǎng)絡(luò)(體感 SEN、視覺 VIS、聽覺 AUD;圖 1)及相應(yīng)丘腦連接(圖 2A)已呈成人樣的局部專門化與雙側(cè)對(duì)稱拓?fù)?/span>。雖無直接關(guān)于嗅覺(OLF)網(wǎng)絡(luò)連接性的報(bào)告,一項(xiàng)新生兒 fNIRS 研究在出生數(shù)小時(shí)內(nèi)觀察到奶香刺激可激活眶額嗅覺區(qū)域。這些發(fā)展很可能使大腦在早期即可中繼并處理外周感覺信號(hào)。就運(yùn)動(dòng)控制而言,成熟大腦主要依賴運(yùn)動(dòng)皮層,而在產(chǎn)前及早產(chǎn)后階段,丘腦與腦干等皮下結(jié)構(gòu)可能扮演更主導(dǎo)角色。近期關(guān)于小腦的研究顯示新生兒小腦與皮下及軀體感覺運(yùn)動(dòng)皮層的穩(wěn)健連接,提示小腦亦可能早期參與運(yùn)動(dòng)控制。總體而言,運(yùn)動(dòng)控制的腦基礎(chǔ)可能在嬰兒到成人經(jīng)歷“皮下/小腦 → 皮層”的漸進(jìn)轉(zhuǎn)移(框 1)。除單個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展外,初級(jí)網(wǎng)絡(luò)間的連接亦在出生前后被報(bào)道。初級(jí)感覺/運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在產(chǎn)前和圍產(chǎn)期的集體且交互式發(fā)展,或已在進(jìn)化上設(shè)計(jì)用于支持諸如氣味驅(qū)動(dòng)的首次含接/吸吮和首次肌膚接觸帶來的情感安慰等生命必需的早期感覺–運(yùn)動(dòng)整合行為。

圖1 嬰兒期皮層功能網(wǎng)絡(luò)發(fā)育示例:對(duì)同一嬰兒在生命第一年內(nèi)每 3 個(gè)月掃描一次所得的縱向樣本
     從左至右依次示出九個(gè)功能網(wǎng)絡(luò)〔感覺運(yùn)動(dòng)、聽覺、視覺 1、視覺 2、背側(cè)注意、默認(rèn)模式、前扣帶及額頂控制〕在 1 個(gè)月(1M)、3 個(gè)月(3M)、6 個(gè)月(6M)、9 個(gè)月(9M)和 12 個(gè)月(12M)的空間演變,并與成人網(wǎng)絡(luò)作比較。

圖2 嬰兒期皮下與情緒相關(guān)功能網(wǎng)絡(luò)發(fā)育示例

    (A) 丘腦-皮層網(wǎng)絡(luò)在生命前兩年的發(fā)育。圖左為投射至不同皮層功能網(wǎng)絡(luò)的丘腦簇(DM:默認(rèn)模式;MV:內(nèi)側(cè)視覺;SA:突顯;SM:感覺運(yùn)動(dòng)),圖右為其皮層投射模式(軸位切片),分別示于 1 個(gè)月(1M)、1 歲和 2 歲。

    (B) 杏仁核功能網(wǎng)絡(luò)在生命前兩年的發(fā)育。左側(cè)杏仁核(AMYG-L)種子映射分別示于 1 個(gè)月、1 歲和 2 歲,與右側(cè)杏仁核結(jié)果高度一致。暖色/冷色分別表示正/負(fù)功能連接。新生兒階段可見杏仁核與感覺運(yùn)動(dòng)區(qū)的連接,但該連接在第一年內(nèi)減弱;與此同時(shí),對(duì)內(nèi)側(cè)額葉皮層的正連接和對(duì)外側(cè)前額皮層的負(fù)連接在 1 歲及 2 歲時(shí)出現(xiàn)。

框1 關(guān)于將新興靜息態(tài)功能網(wǎng)絡(luò)與嬰兒行為相聯(lián)系的若干問題 

   在嘗試把發(fā)育中的功能網(wǎng)絡(luò)與嬰兒期出現(xiàn)的行為聯(lián)系起來時(shí),存在若干關(guān)鍵問題:
    第一,如何在這一無語言階段清晰定義并嚴(yán)格評(píng)估仍不成熟的社會(huì)情緒、認(rèn)知及控制相關(guān)功能。本綜述在可能情況下嘗試引用已有的相關(guān)行為觀察報(bào)告,但需要指出,每一具體功能的定義不可避免地受到評(píng)估方法的限制;除個(gè)別較為確立的功能(例如聯(lián)合注意、工作記憶)外,許多其他功能的發(fā)展仍是活躍研究領(lǐng)域,這為相關(guān)討論帶來局限。 
    第二,相同/相似行為在嬰兒和成人之間可能由不同的腦過程支撐。運(yùn)動(dòng)控制由皮下向皮層的轉(zhuǎn)換便是一個(gè)典型例子,但“發(fā)育不連續(xù)”或“功能轉(zhuǎn)換”是否以及如何在其他領(lǐng)域發(fā)生,目前研究甚少。例如,早熟的感覺網(wǎng)絡(luò)在嬰兒期或許部分承擔(dān)“突顯性評(píng)估”角色,然后逐漸過渡到后期成熟的突顯網(wǎng)絡(luò)(SAL)。這些假設(shè)值得認(rèn)真對(duì)待并在未來付諸研究。 直接的腦–行為關(guān)聯(lián)分析可在一定程度上解決上述問題,但同樣面臨關(guān)鍵挑戰(zhàn),尤其是樣本量與研究設(shè)計(jì)。理想情況下,需要既有大樣本又有嚴(yán)格、一致的研究設(shè)計(jì),方能檢出穩(wěn)健的腦–行為關(guān)聯(lián)。實(shí)踐中,盡管可通過多中心回顧性分析獲得“大”樣本量,但成像協(xié)議的異質(zhì)性、行為評(píng)估方法的差異以及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一,都會(huì)從根本上削弱“大”樣本量的效能。因此,在解讀已有結(jié)果和設(shè)計(jì)新研究時(shí),需同時(shí)考慮這兩方面因素。此外,恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)校正對(duì)于可靠估計(jì)功能連接至關(guān)重要;更長的掃描時(shí)長也同樣重要,但要讓自然睡眠中的嬰兒在掃描儀內(nèi)長時(shí)間保持靜止在實(shí)踐上極具挑戰(zhàn)。所有這些因素都是當(dāng)前文獻(xiàn)中的局限,未來研究需予以高度關(guān)注。 
     最后,將靜息態(tài) fMRI 特征與行為相聯(lián)系具有固有局限,即這種關(guān)聯(lián)并非同時(shí)發(fā)生。因此,若要回答“哪些腦過程直接負(fù)責(zé)正在進(jìn)行的行為/反應(yīng)”這一問題,需要任務(wù)態(tài) fMRI;但在嬰兒中實(shí)施任務(wù)態(tài) fMRI 極具挑戰(zhàn),盡管已有令人鼓舞的進(jìn)展。然而,由于 fMRI 信號(hào)的時(shí)間分辨率約為 1 秒或更長,用 fMRI 難以定義腦活動(dòng)與行為之間的“因果”或“時(shí)間先行”效應(yīng)。從這一視角看,EEG 與 fNIRS 研究可提供更具機(jī)制性的見解。 值得慶幸的是,正在進(jìn)行的 “Healthy Brain and Child Development (HBCD)” 研究通過在同一名嬰兒身上結(jié)合清醒狀態(tài)下的任務(wù)態(tài) EEG 與睡眠狀態(tài)下的 fMRI、采用 >7000 的大樣本量以及標(biāo)準(zhǔn)化研究設(shè)計(jì),有望在未來解決上述若干關(guān)鍵限制。

     出生后,初級(jí)功能隨經(jīng)驗(yàn)持續(xù)改進(jìn):運(yùn)動(dòng)功能從臥到坐、站、走,直至跑跳;視覺從黑白模糊近距到彩色清晰遠(yuǎn)距;聽覺的強(qiáng)度和頻率分辨亦日益提升。因此,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞某墒臁俟δ艹墒欤?/span>它為長期、迭代、依賴經(jīng)驗(yàn)的細(xì)化過程打下基礎(chǔ),這一普遍規(guī)律適用于大多數(shù)(若非全部)腦功能。綜上,現(xiàn)有發(fā)現(xiàn)表明:作為其他功能的主要輸入與輸出,初級(jí)感覺與運(yùn)動(dòng)功能網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)前即出現(xiàn),并在圍產(chǎn)期迅速成長 ,從而構(gòu)筑整個(gè)發(fā)育層級(jí)的基礎(chǔ)(見圖 3)。

圖3 人類大腦功能網(wǎng)絡(luò)發(fā)育的分層模型:一種關(guān)于早期人腦功能網(wǎng)絡(luò)發(fā)育的模型,其時(shí)間順序基本與已知的功能層級(jí)相吻合。

    (i) 初級(jí)感覺/運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)——感覺(SEN)、運(yùn)動(dòng)(MOT)、視覺(VIS)、聽覺(AUD)、嗅覺(OLF)以及皮下/小腦(Sub/Cb)——包含皮下/小腦和皮層結(jié)構(gòu),兩者均在產(chǎn)前/圍產(chǎn)期出現(xiàn),并在出生后不久即在空間拓?fù)渖辖咏扇藰樱瑸槠渌δ艿慕⑻峁┗A(chǔ)。
    (ii) 情緒樞紐——杏仁核(AMG)和眶額皮層(OFC)網(wǎng)絡(luò)——同樣在產(chǎn)前/圍產(chǎn)期出現(xiàn),但在出生后,尤其是生命第一年,經(jīng)歷重大重組。它們?cè)谛律鷥弘A段向下聯(lián)結(jié)初級(jí)功能,并在第一年內(nèi)逐步與認(rèn)知/控制網(wǎng)絡(luò)(包括默認(rèn)模式〔DMN〕、突顯性〔SAL〕和背側(cè)注意〔DAN〕)向上整合,以改善社交互動(dòng)和情緒調(diào)節(jié)能力。總體而言,以社會(huì)情緒為中心的發(fā)展主導(dǎo)第一年,并在發(fā)育層級(jí)中形成一個(gè)“整合核心”。
    (iii) 認(rèn)知/執(zhí)行控制為中心的發(fā)展——涵蓋 DMN、DAN、SAL、其他認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)(OTH)以及執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)(EXE)——整體發(fā)育軌跡最長,因此位于更高的時(shí)間層級(jí),用于高階認(rèn)知控制、規(guī)劃和決策。

    注意:該模型為定性模型,僅反映利用靜息態(tài)功能 MRI(rsfMRI)、功能 MRI(fMRI)或功能近紅外光譜(fNIRS)對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌鼍C述發(fā)現(xiàn)。因此,所示連接不應(yīng)被視為絕對(duì)時(shí)間或窮盡列表。未來的大樣本研究可能在不同年齡段檢測到“統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著”的其他連接,屆時(shí)應(yīng)當(dāng)更新模型;然而,如果所有模型要素的估計(jì)方式一致,則整體相對(duì)成熟順序可能保持不變。此外,該時(shí)間順序可能僅適用于模型的形成階段。一旦形成,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)同步強(qiáng)度與網(wǎng)絡(luò)間交互模式等系統(tǒng)參數(shù)的進(jìn)一步細(xì)化與優(yōu)化很可能是高度交互且迭代的,基于真實(shí)世界的輸入和反饋進(jìn)行優(yōu)化。最后,不同功能域的大腦基礎(chǔ)存在“發(fā)育不連續(xù)”和/或“轉(zhuǎn)換”的可能性,未來研究應(yīng)進(jìn)一步檢驗(yàn)并可能修訂當(dāng)前模型。


以社會(huì)情緒為中心的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展主導(dǎo)生命第一年

     作為社會(huì)性物種,人類的社會(huì)情緒功能出現(xiàn)得很早,并為短期和長期心理健康、終身學(xué)習(xí)和適應(yīng)構(gòu)筑基礎(chǔ)。其特殊重要性部分體現(xiàn)在第一年內(nèi)其爆發(fā)式增長和嚴(yán)格的時(shí)間特性。例如,新生兒偏好人臉而非其他物體,并在出生后不久開始與照護(hù)者進(jìn)行非言語交流;在情緒上,新生兒能夠表現(xiàn)兩種主要情緒反應(yīng):對(duì)愉快情境(如食物、笑臉)的吸引和對(duì)不愉快刺激(如苦味、身體不適)的回避。第一年后期,嬰兒逐漸與主要照護(hù)者形成依戀關(guān)系,這是社會(huì)情緒發(fā)展的重要里程碑,其質(zhì)量對(duì)長期社會(huì)情緒健康和生活質(zhì)量具有深遠(yuǎn)影響。那么,哪些功能網(wǎng)絡(luò)正發(fā)育以支持這些復(fù)雜過程?

     杏仁核(AMG)與眶額皮層(OFC)——在成熟大腦中處理負(fù)面和正面情緒的關(guān)鍵中心——可能參與其中。盡管非常年幼的嬰兒幾乎不需要高階認(rèn)知就能體驗(yàn)基本情緒,如恐懼和喜悅,但隨著年齡增長,為了實(shí)現(xiàn)更好的認(rèn)知—情緒整合并提高社交互動(dòng)和情緒調(diào)節(jié)能力,不同的認(rèn)知與控制網(wǎng)絡(luò)可能被越來越多地調(diào)動(dòng)。其中,默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)(DMN) 在成人中支持自我意識(shí)/自我參照思維,在嬰兒中可能存在原始形式 ;此外,還包括突顯網(wǎng)絡(luò)(SAL)(主要參與自下而上的顯著性事件評(píng)估和注意重新分配)和背側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)(DAN) (在成人中對(duì)自愿性和持續(xù)性注意至關(guān)重要)。這五個(gè)網(wǎng)絡(luò)在第一年內(nèi)都經(jīng)歷顯著發(fā)展,為討論方便,被歸入“社會(huì)情緒中心的發(fā)展”(見圖 3)。但需注意,社會(huì)情緒網(wǎng)絡(luò)與認(rèn)知/執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)沒有明確分界,它們實(shí)體重疊,應(yīng)視為一體化系統(tǒng)而非孤立類別,這點(diǎn)在圖 3 的重疊層級(jí)中已有體現(xiàn)。實(shí)質(zhì)上,認(rèn)知/執(zhí)行控制功能在早期逐漸整合進(jìn)社會(huì)情緒加工,是一個(gè)關(guān)鍵的發(fā)展過程,對(duì)自我調(diào)節(jié)和社會(huì)情緒福祉的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響(詳見后文)。

杏仁核(AMG)

     據(jù)報(bào)道,雙側(cè) AMG 之間以及 AMG 與主要皮下和皮層感覺運(yùn)動(dòng)區(qū)(AMG–SEN/MOT)的關(guān)鍵連接在出生時(shí)即已形成(圖 2B)。這一發(fā)現(xiàn)與另一項(xiàng)針對(duì)有無產(chǎn)前母體抑郁暴露的新生兒研究一致。通過這些連接,身體不適的感覺信號(hào)(如高/低溫、疼痛、苦味等)可直接觸發(fā) AMG 的情緒價(jià)緒評(píng)估,并產(chǎn)生后續(xù)的運(yùn)動(dòng)輸出(如退縮或哭泣)。隨后的照護(hù)行為(如抱起、觸摸、輕聲安撫)也可能通過感覺皮層與 AMG 之間的相同直接通路發(fā)揮安撫效果,從而完成早期社會(huì)情緒福祉所需的關(guān)鍵互動(dòng)循環(huán)。在 1 歲時(shí),觀察到的 AMG–感覺運(yùn)動(dòng)直接連接被正向的 AMG–內(nèi)側(cè)前額葉(AMG–DMN/SAL)連接和負(fù)向的 AMG–背外側(cè)前額葉(DAN)連接所取代 。該通路與成熟情緒調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)高度相似,凸顯了該關(guān)鍵情緒回路在第一年內(nèi)的顯著重組與成熟。與此重組過程一致,在 6 個(gè)月大時(shí)可觀察到該回路的中間版本。

眶額皮層(OFC)

     OFC 是處理正性情緒的樞紐。除了對(duì)奶味(尤其母乳)的激活外,一項(xiàng)對(duì) 2 個(gè)月大嬰兒的 fMRI 研究顯示,當(dāng)嬰兒聽到母親聲音(相較陌生人聲音)時(shí),OFC 和 AMG(OFC–AMG)以及聽覺皮層(OFC–AUD)均被激活。這表明兩大情緒中心在非常早期即參與對(duì)愉快刺激的反應(yīng)。第一年后半段的 fNIRS 研究一致發(fā)現(xiàn),當(dāng)看到母親的面孔/微笑或聽到母親聲音時(shí),OFC 與內(nèi)側(cè)前額葉皮層(OFC–DMN)進(jìn)一步共激活,強(qiáng)調(diào)前額葉區(qū)域在正性情緒加工中的參與,類似于負(fù)性情緒加工中的 AMG–前額葉通路。但需注意,嬰兒的 OFC 成像研究相對(duì)罕見且樣本量偏?。ㄗ罱K納入分析的嬰兒分別為 15/11/7 名),相關(guān)結(jié)果應(yīng)視為初步;加之 fNIRS 空間特異性較差,以及 fMRI 研究在熟睡嬰兒中未能檢測到穩(wěn)健激活,均提示解讀時(shí)需謹(jǐn)慎。總體而言,圖 3 中的 OFC 部分尚需更多研究以證實(shí)或修訂。

DMN(默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò))、SAL(突顯網(wǎng)絡(luò)) 與 DAN(背側(cè)注意網(wǎng)絡(luò))

     出生時(shí),DMN、SAL 和 DAN 結(jié)構(gòu)原始,僅有彌散而局部的連接;但在第一年經(jīng)歷顯著同步化。具體而言,DMN 在 3 個(gè)月時(shí)擴(kuò)展為分布式網(wǎng)絡(luò),涵蓋內(nèi)側(cè)/外側(cè)頂葉、雙側(cè)內(nèi)側(cè)顳區(qū)和眶額區(qū);6 個(gè)月時(shí)進(jìn)一步納入外側(cè)顳葉和內(nèi)側(cè)前額葉,幾乎呈成人樣。SAL 在新生兒階段已見前、后島功能分化,1 歲時(shí)表現(xiàn)出更多局部專門化及遠(yuǎn)距整合,與 3–4 個(gè)月時(shí)出現(xiàn)的自愿脫離與在熟悉/新奇刺激間轉(zhuǎn)換注意的行為相一致。DAN 則在第一年形成遠(yuǎn)程頂葉–額葉連接,對(duì)應(yīng) 3–6 個(gè)月時(shí)出現(xiàn)的自上而下注意控制(如持續(xù)注意)。

網(wǎng)絡(luò)間發(fā)育

    這五個(gè)網(wǎng)絡(luò)并非孤立出現(xiàn),而是在第一年內(nèi)表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)級(jí)交互。特別是 DMN–DAN 的反相關(guān)(DMN–DAN),這一成人大腦內(nèi)部與外部功能競爭的經(jīng)典發(fā)現(xiàn),在 1 歲左右也開始出現(xiàn)。此外,到 1 歲時(shí),正向的 AMG–內(nèi)側(cè)前額葉(AMG–DMN/SAL)連接、負(fù)向的 AMG–外側(cè)前額葉(AMY–DAN)連接,以及 OFC–DMN 共激活也已建立,與成熟情緒調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)高度相似。

    與這些網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外的發(fā)展一致,初步的腦–行為關(guān)聯(lián)研究發(fā)現(xiàn),3 個(gè)月時(shí) SAL–DMN 反相關(guān)增強(qiáng)、SAL–AMG 連接降低與 6 個(gè)月時(shí)母嬰互動(dòng)靈活性增加及應(yīng)激恢復(fù)力增強(qiáng)相關(guān);但兩項(xiàng)研究樣本量均僅 35 名,結(jié)果需謹(jǐn)慎解讀。

'    基于分散注意’的安撫策略(即使用新奇玩具分散哭泣嬰兒的注意)在第一年內(nèi)常被觀察到,可作為示范模型:當(dāng)向哭泣嬰兒展示新奇/吸引人的玩具時(shí),SAL 可能首先評(píng)估該刺激的顯著性,并在 AMG 與 DMN 的支持下(SAL–AMG,SAL–DMN)將嬰兒注意從內(nèi)部緊張狀態(tài)轉(zhuǎn)向外部新奇刺激;隨后,DAN 及其與 DMN 的“競爭”互動(dòng)(DMN–DAN)或維持此注意。玩具引發(fā)的正性情緒可能通過 OFC 獎(jiǎng)賞通路激發(fā),并與 DMN(OFC–DMN)和 SAL(DMN–SAL])共同重新評(píng)估并下調(diào)與 AMG 相關(guān)的負(fù)性內(nèi)部情緒(SAL–AMG、AMG–DMN)。最終,這些回路與感覺及運(yùn)動(dòng)控制回路共同作用,使嬰兒停止哭泣并開始玩耍,完成這一'分散注意安撫’策略。在此過程中,AMG 與 OFC 作為情緒樞紐,上聯(lián)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)、下聯(lián)初級(jí)感覺運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò),展現(xiàn)了其在發(fā)育層級(jí)中的“整合核心”作用(圖 3)。

    目前可見早期大腦功能網(wǎng)絡(luò)發(fā)育時(shí)間上的三個(gè)特點(diǎn):
    (i) 初級(jí)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)前出現(xiàn)并在圍產(chǎn)期快速成熟;
    (ii) AMG 和 OFC 與初級(jí)感覺運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的連接在出生時(shí)已建立,但與 DMN–SAL–DAN 網(wǎng)絡(luò)的顯著整合發(fā)生在第一年;
    (iii) DMN–SAL–DAN 網(wǎng)絡(luò)出生時(shí)原始,但在第一年內(nèi)出現(xiàn)主要的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)同步化和網(wǎng)絡(luò)間交互發(fā)展?;诖藭r(shí)間層級(jí),早期認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)尚過于原始而難以發(fā)揮作用時(shí),AMG 與 OFC 可直接向下與感覺運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)作,確保關(guān)鍵的情緒信號(hào)傳遞與生存需求;隨著年齡增長,并與 DMN–SAL–DAN 三網(wǎng)絡(luò)建立聯(lián)系——該三網(wǎng)絡(luò)在成人腦中協(xié)調(diào)成功的注意切換和行為調(diào)節(jié)——二者愈發(fā)與三網(wǎng)絡(luò)協(xié)作,作為負(fù)性與正性情緒的潛在“調(diào)節(jié)者”和“中介者”,改善情緒調(diào)節(jié)。這種網(wǎng)絡(luò)級(jí)時(shí)間發(fā)育層級(jí)與自上而下社會(huì)情緒控制層級(jí)的契合,可能是進(jìn)化上為了兼顧早期生存與長期社會(huì)情緒技能提升而優(yōu)化的。

    總體來看,以社會(huì)情緒為中心的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展似乎主導(dǎo)生命第一年,但需強(qiáng)調(diào),網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的可用性并不等同于相關(guān)功能的成熟。社會(huì)情緒發(fā)展遠(yuǎn)超嬰兒期,持續(xù)到兒童期、青少年期乃至成年早期。然而,早期社會(huì)情緒過程因依戀類型的級(jí)聯(lián)效應(yīng)和不良社會(huì)情緒童年事件的長期后果,對(duì)發(fā)育具有獨(dú)特且深遠(yuǎn)的影響。鑒于其嚴(yán)格的時(shí)間敏感性,人生第一年內(nèi)構(gòu)建的主要功能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)至關(guān)重要;而其他認(rèn)知/執(zhí)行功能則可能具有更漫長的發(fā)展軌跡,提供更多“試錯(cuò)”練習(xí)與優(yōu)化機(jī)會(huì)(后文討論)。因此,在生命第一年應(yīng)特別關(guān)注社會(huì)情緒發(fā)展。

認(rèn)知與執(zhí)行控制為中心的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展較為漫長

     隨著年齡增長,無需情緒大量參與的認(rèn)知與執(zhí)行控制行為日益增多,這是人類心理成熟的又一標(biāo)志。在此過程中,早期發(fā)育的 DMN、DAN 和 SAL 很可能在情緒之外支持這些新興功能。例如,它們可能參與約 6 個(gè)月出現(xiàn)的早期工作記憶。此外,快速增長的海馬與 DMN 中前額與頂葉區(qū)域的功能連接也可能有助于記憶的成功編碼、存儲(chǔ)與提取。語言是早年發(fā)育的另一重要事件:第一年內(nèi),顳/額葉語言相關(guān)區(qū)的側(cè)化功能連接不斷增強(qiáng);4–18 個(gè)月嬰兒左顳極與左梭狀回連接可預(yù)測 6 歲時(shí)的口語與語音技能。連同其他認(rèn)知域(OTH),這些正在發(fā)育的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了早期發(fā)育景觀的重要組成。

     大多數(shù)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)在第一年經(jīng)歷主要同步化,額頂執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)(EXE)——在成人中以背外側(cè)前額葉、內(nèi)側(cè)前額葉和下外側(cè)頂葉皮層為錨點(diǎn)——發(fā)展軌跡更為漫長。新生兒階段 EXE 仍呈彌散局部連接,與其他網(wǎng)絡(luò)相比,其向成人形態(tài)的空間拓?fù)浜瓦B接強(qiáng)度改進(jìn)甚少,提示其主要發(fā)展期在第二年及之后,位于時(shí)間開發(fā)層級(jí)頂端(圖 3)。這種緩慢且漫長的增長軌跡與其在認(rèn)知控制和決策中的功能一致——需要多模信息整合,以及長時(shí)間的調(diào)諧、練習(xí)和基于經(jīng)驗(yàn)的“試錯(cuò)”優(yōu)化。確實(shí),一項(xiàng)針對(duì) 6 歲兒童的 rsfMRI 研究比較了觀影狀態(tài)與靜息狀態(tài),顯示網(wǎng)絡(luò)級(jí)互動(dòng)/重組模式(EXE–DMN、EXE–DAN)僅部分類似成人,表明這些網(wǎng)絡(luò)即便在學(xué)齡階段仍遠(yuǎn)未成熟。

     系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)展之外,認(rèn)知/控制網(wǎng)絡(luò)與初級(jí)感覺/運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)間的直接交互在前兩年顯著增加(圖 3),有助于在無顯著情緒介入的情況下實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的認(rèn)知規(guī)劃和目標(biāo)導(dǎo)向行為。值得注意的是,一項(xiàng)有關(guān)小腦的最新研究發(fā)現(xiàn),其連接在新生兒階段從皮下/初級(jí)感覺運(yùn)動(dòng)皮層擴(kuò)展到 1–2 歲嬰兒的額葉與頂葉聯(lián)結(jié)區(qū),提示小腦或早期參與認(rèn)知/控制功能。從整體信息處理系統(tǒng)視角看,圖論研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),本地與全局效率均顯著提升,樞紐從初級(jí)區(qū)域轉(zhuǎn)向高階區(qū)域,且在嬰兒期及之后持續(xù)演變。這些跨模態(tài)交互與全系統(tǒng)優(yōu)化可能促進(jìn)需要多模信息整合的更復(fù)雜執(zhí)行控制行為的出現(xiàn)。在機(jī)制層面,功能信號(hào)傳輸頻率和效率的顯著提升可能得益于局部灰質(zhì)生長與長程白質(zhì)連接。雖然本文不詳述結(jié)構(gòu)發(fā)育,但框 2 總結(jié)了一些主要模式,進(jìn)一步為從初級(jí)到高階腦區(qū)的發(fā)育層級(jí)提供了匯聚證據(jù)。

框2 早期大腦發(fā)育的結(jié)構(gòu)層面

    結(jié)構(gòu)與功能發(fā)育是大腦成長過程的相互關(guān)聯(lián)組成部分。關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)性腦生長測量——包括全腦與局部腦體積、皮層厚度及表面積——均呈非線性軌跡:在生命前兩年劇增,隨后增速放緩或出現(xiàn)減少(后者可能由依賴經(jīng)驗(yàn)的修剪過程驅(qū)動(dòng))。前兩年內(nèi)部亦有差異,其中第一年的增長占主導(dǎo),這一模式與功能網(wǎng)絡(luò)的增長高度一致。例如,新生兒的整體腦體積約為成人的 35%,但在第一年增加 101%,在第二年再增加 15%;到 2 歲時(shí),總腦體積約達(dá)成人體積的 80%。皮層厚度、表面積與腦回折疊度雖增長速率不同,但整體增長模式相似。

    與灰質(zhì)相比,白質(zhì)在第一年內(nèi)的增長較慢。然而,主要白質(zhì)纖維束——包括胼胝體、上下縱束、弓狀束及扣帶束——在出生時(shí)即可觀察到,很可能為不同功能網(wǎng)絡(luò)間觀察到的遠(yuǎn)程功能同步提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。有趣的是,髓鞘化呈現(xiàn)最初的“后→前”成熟模式,在質(zhì)量上與“初級(jí)→高階”的功能網(wǎng)絡(luò)發(fā)育序列相似。全腦層面上,結(jié)構(gòu)連接組拓?fù)浔徽J(rèn)為為兒童期不斷變化的功能交互提供相對(duì)穩(wěn)定的支撐。此外,關(guān)于直接結(jié)構(gòu)–功能耦合的最新研究顯示,成人 DMN 中結(jié)構(gòu)–功能耦合最緊密的三個(gè)頂點(diǎn)在 1 歲時(shí)亦已出現(xiàn),與其快速的功能成熟相一致。

     一個(gè)關(guān)注度較低但值得注意的區(qū)域是小腦。除腦室外,小腦是在第一年內(nèi)體積增長 240% 的唯一腦結(jié)構(gòu),是全腦平均增幅的兩倍多。與這種爆發(fā)式結(jié)構(gòu)增長一致,最近一項(xiàng)研究報(bào)道:新生兒階段,小腦–皮層連接主要局限于皮下及初級(jí)感覺運(yùn)動(dòng)區(qū);而在第一年內(nèi),該連接顯著擴(kuò)展至高階聯(lián)合區(qū)/網(wǎng)絡(luò)。這與小腦不僅在運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)中發(fā)揮作用、亦參與高階社會(huì)認(rèn)知、獎(jiǎng)賞處理和規(guī)劃的觀點(diǎn)相符。未來研究需要更多關(guān)注這一關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。

    在整個(gè)層級(jí)建立之后,詳細(xì)參數(shù)(包括網(wǎng)絡(luò)內(nèi)同步強(qiáng)度及網(wǎng)絡(luò)間交互模式)的精細(xì)化很可能是迭代且交互的,不一定遵循固定時(shí)間順序。該過程可能基于“試錯(cuò)”,并持續(xù)到兒童晚期、青春期乃至成年早期,正如邏輯推理、情緒調(diào)節(jié)與執(zhí)行控制等不同功能領(lǐng)域所示。

    在將嬰兒發(fā)育中功能網(wǎng)絡(luò)與新興行為聯(lián)系起來的討論中存在若干局限。首先,除了可直接觀察的感覺/運(yùn)動(dòng)行為外,準(zhǔn)確界定嬰兒的認(rèn)知/控制功能極為困難。其次,假設(shè)嬰兒與成人的功能網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)“相似”角色亦存風(fēng)險(xiǎn)?!鞍l(fā)育不連續(xù)”或“發(fā)育轉(zhuǎn)換” 的可能性值得嚴(yán)肅考慮。在可能的情況下,我們討論了腦–行為關(guān)聯(lián)研究以提供更直接的聯(lián)系,但樣本量、研究設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)校正策略、掃描時(shí)長及 fMRI 信號(hào)的機(jī)制性局限均對(duì)這些研究構(gòu)成重大挑戰(zhàn),需要未來大量工作加以解決。更詳盡討論見方框 1。

風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)改變、韌性因素、治療效應(yīng)與治療機(jī)會(huì)

     早期大腦功能網(wǎng)絡(luò)發(fā)育具有可塑性,能被不同風(fēng)險(xiǎn)因素所修飾。越來越多證據(jù)表明,多種精神障礙的發(fā)端與功能“誤連接”有關(guān),而這一時(shí)期的爆發(fā)式增長將其影響放大。因此,研究早期風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)改變對(duì)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與干預(yù)至關(guān)重要。

     與孕母相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)因素——包括母體精神障礙、社會(huì)劣勢、物質(zhì)使用、母體肥胖及炎癥——可直接改變胎兒環(huán)境,從而影響關(guān)鍵的胎兒程序化及初始功能網(wǎng)絡(luò)的形成。例如,產(chǎn)前母體抑郁癥狀較高的新生兒顯示 AMG 與背內(nèi)側(cè)前額葉皮層(AMG–DMN)之間負(fù)向功能連接增強(qiáng)。在同樣暴露的 6 個(gè)月嬰兒中,可見 AMG 與島葉(AMG–SAL)以及內(nèi)側(cè)前額葉區(qū)域(AMG–DMN)連接增強(qiáng)。有趣的是,產(chǎn)前可卡因暴露的新生兒也觀察到 AMG–內(nèi)側(cè)前額葉(AMG–DMN)連接過強(qiáng);而其他藥物暴露(如大麻、阿片類、尼古丁和酒精)則報(bào)道更廣泛的功能連接改變。在孕期炎癥研究中,孕母 IL-6 水平較高與新生兒 AMG 與前島(AMG–SAL)連接增強(qiáng)相關(guān)。母體社會(huì)劣勢研究還報(bào)道了出生時(shí)額葉–邊緣白質(zhì)微結(jié)構(gòu)異常及 AMG 功能連接改變。除母體環(huán)境因素外,一項(xiàng)關(guān)于自閉癥家族風(fēng)險(xiǎn)的最新研究發(fā)現(xiàn),高風(fēng)險(xiǎn)嬰兒在 12 個(gè)月時(shí) AMG 與內(nèi)側(cè)前額葉連接(AMG–DMN)較弱。結(jié)合 AMG 在第一年的典型連接增長軌跡,這些發(fā)現(xiàn)提示“延遲” 或“加速”增長??傮w來看,不同環(huán)境與遺傳風(fēng)險(xiǎn)因素似乎共同瞄準(zhǔn)第一年快速成熟的社會(huì)情緒連接,再次強(qiáng)調(diào)其關(guān)鍵性。

     除社會(huì)情緒相關(guān)改變外,還報(bào)道了自閉癥家族風(fēng)險(xiǎn)嬰兒的聽覺/感覺運(yùn)動(dòng)連接異常,發(fā)展性閱讀障礙家族風(fēng)險(xiǎn)嬰兒的梭狀回連接變化,以及低社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位相關(guān)的皮下/前額葉異常。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的全腦研究進(jìn)一步顯示,與產(chǎn)前壓力和物質(zhì)使用相關(guān)的更廣泛改變。早產(chǎn)與功能網(wǎng)絡(luò)連接強(qiáng)度降低、空間分布受限、功能分離/整合/效率降低及動(dòng)態(tài)功能連接模式改變有關(guān);機(jī)構(gòu)養(yǎng)育與后續(xù)寄養(yǎng)與異常 θ 頻段 EEG 功率相關(guān),該指標(biāo)預(yù)測成年早期較低 IQ。

     可調(diào)整的韌性因素和干預(yù)策略是重要但研究不足的領(lǐng)域,應(yīng)受到緊迫關(guān)注。養(yǎng)育方式似為有效靶點(diǎn);此外,孕期阿片類使用障礙藥物治療的效果已通過 rsfMRI 報(bào)道。值得一提的是,一項(xiàng)減貧項(xiàng)目導(dǎo)致嬰兒 EEG 活動(dòng)改變的因果證據(jù)已被報(bào)道 ,而 EEG 活動(dòng)是長期 IQ 結(jié)果的指標(biāo)。腸道–腦軸的開創(chuàng)性研究亦顯示 1 歲嬰兒腸道微生物多樣性與腦結(jié)構(gòu)及 AMG 功能連接顯著相關(guān),支持探索腸道微生物組作為新型治療窗口。然而,總體而言,該領(lǐng)域仍處于臨床轉(zhuǎn)化的初級(jí)階段,非常需要更多關(guān)于各種風(fēng)險(xiǎn)(如污染、營養(yǎng)不良、睡眠質(zhì)量差、家庭環(huán)境不良等)、韌性因素、治療效應(yīng)及新型干預(yù)/治療方案的研究。

結(jié)語

    本文提出了早期人腦功能網(wǎng)絡(luò)發(fā)育的分層模型:感覺與運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)位于底層,最早出現(xiàn)并為其他功能構(gòu)筑基礎(chǔ);AMG 與 OFC 形成“整合核心”,向上連接 DMN、SAL、DAN,向下連接感覺/運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò);以社會(huì)情緒為中心的發(fā)展主導(dǎo)第一年;位于時(shí)間層級(jí)頂端的認(rèn)知與執(zhí)行控制中心具有最漫長的成長軌跡。盡管該模型的主體結(jié)構(gòu)在生命最初幾年內(nèi)搭建完成,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)與網(wǎng)絡(luò)間參數(shù)的微調(diào)可能需數(shù)十年依靠環(huán)境輸入與反饋迭代優(yōu)化。文章亦討論了不同風(fēng)險(xiǎn)因素如何影響這一發(fā)育層級(jí);報(bào)告顯示,多種風(fēng)險(xiǎn)集中作用于第一年快速成熟的社會(huì)情緒回路,提醒照護(hù)者與政策制定者需特別關(guān)注。

     該群體水平模型僅為揭示復(fù)雜大腦發(fā)育過程的初步嘗試。未來基于精準(zhǔn)化的研究應(yīng)量化個(gè)體如何偏離這一“規(guī)范”模型,以及這些偏離是否(即風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)改變)或并不(即正常個(gè)體差異)導(dǎo)致不同的發(fā)育問題/障礙。強(qiáng)調(diào)大腦內(nèi)部及腦–行為關(guān)系的個(gè)體差異和異質(zhì)性,是未來研究值得關(guān)注的關(guān)鍵領(lǐng)域(見方框 3)。此外,掃描期間的大腦狀態(tài)效應(yīng)、rsfMRI 功能連接度量的神經(jīng)基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)–功能連接關(guān)系等基本問題仍有待解答(見“未解問題”)。

框3 刻畫并擁抱異質(zhì)性以獲得更佳預(yù)測

    在人類一生的正常與疾病人群中,腦表型的個(gè)體差異和異質(zhì)性已被充分認(rèn)識(shí)。然而,在多數(shù)學(xué)術(shù)場景下,腦差異往往細(xì)微,只能通過群體水平檢測到,而不同腦疾病/障礙的行為表現(xiàn)卻在個(gè)體層面更為明顯,這造成了解釋鴻溝。

     為彌合這一鴻溝,我們也許需要“跳出大腦”思考。例如,一系列最新研究開始探討可能存在的“腦–行為關(guān)系層面”異質(zhì)性。具體而言,關(guān)于注意缺陷多動(dòng)障礙(ADHD)和自閉癥譜系障礙(ASD)的兩項(xiàng)發(fā)育期研究持續(xù)記錄到 ADHD/ASD 與對(duì)照群體之間顯著的連接–行為關(guān)系差異。值得注意的是,此類腦–行為關(guān)系差異似乎在“正?!比巳簝?nèi)部也存在:有研究表明,男性與女性存在不同的功能連接系統(tǒng),可預(yù)測其 IQ。更有趣的是,另一項(xiàng)以典型發(fā)育新生兒為對(duì)象的研究利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法表征出即使在看似同質(zhì)的典型嬰兒樣本中,也存在腦–行為關(guān)系模式迥異的子群;該分群跨越性別,提示除性別外還存在其他因素導(dǎo)致觀察到的腦–行為關(guān)系異質(zhì)性。

     識(shí)別并刻畫這類腦–行為關(guān)系層面的異質(zhì)性只是第一步,更關(guān)鍵的是探索如何利用它們以更好地預(yù)測結(jié)局。為此,旨在減弱腦–行為關(guān)系方向異質(zhì)性的新概念值得關(guān)注。例如,基于“用腦異常預(yù)測行為異?!钡乃悸?,一項(xiàng)最新研究利用新生兒腦功能連接“離群值”狀態(tài),成功識(shí)別出 4 歲 IQ 離群兒童中的 40% 以上。重要的是,此識(shí)別具有高特異性,顯示出在定位潛在領(lǐng)域優(yōu)勢(高 IQ 離群者)或風(fēng)險(xiǎn)(低 IQ 離群者)方面的高度可信度。通過在分布兩端定義“離群”,該方法忽略了腦–行為關(guān)系方向差異,著眼于以個(gè)體偏離群體均值為基礎(chǔ)的個(gè)性化預(yù)測??紤]到腦層面及腦–行為關(guān)系層面的異質(zhì)性,未來在個(gè)體層面量化不同“離群”狀態(tài)或許是提升預(yù)測力的有前景方向。不過,隨著大樣本(例如 HBCD 研究中 >7000 名)的出現(xiàn),近期人工智能(AI)的浪潮也可被用于精確預(yù)測。

    展望未來,本領(lǐng)域正迎來聚焦嬰幼兒大腦與行為的多項(xiàng)大規(guī)模研究的黃金時(shí)代,包括 developing Human Connectome Project(dHCP)、Baby Connectome Project(BCP)以及 Healthy Brain and Child Development(HBCD)研究等。尤其是 HBCD,這是一項(xiàng)逾 10 年的縱向研究,計(jì)劃從孕期到兒童約 9 歲隨訪 >7000 對(duì)母子,無論是否暴露于不同風(fēng)險(xiǎn)因素(如產(chǎn)前藥物暴露)。其將進(jìn)行系統(tǒng)的 MRI、EEG、行為測試、問卷、生物樣本檢測及家庭/鄰域環(huán)境監(jiān)測,并計(jì)劃公開數(shù)據(jù),有望提供前所未有的開放式數(shù)據(jù)集,促成突破性發(fā)現(xiàn)。借助這些寶貴資源并建立在既有基礎(chǔ)研究之上,本領(lǐng)域正處于最佳位置,邁向利用影像學(xué)幫助每個(gè)孩子實(shí)現(xiàn)最佳發(fā)展?jié)撃艿淖罱K目標(biāo)。

亟待解決的問題:

  • 在嬰兒研究中,能否僅憑 rsfMRI 數(shù)據(jù)(鑒于嬰兒睡眠 rsfMRI 難以同步 EEG 采集)來刻畫不同睡眠階段?若可行,不同睡眠階段差異如何影響觀察到的功能連接?

  • 清醒嬰兒的功能連接與睡眠嬰兒有何不同?

  • 如何利用 EEG 更好地理解 rsfMRI 測得的功能連接新生和演變的神經(jīng)基礎(chǔ)?

  • 血氧動(dòng)力學(xué)響應(yīng)函數(shù)空間依賴與時(shí)間演變特性如何影響嬰兒期全腦靜息態(tài)功能連接的測量?

  • 在功能網(wǎng)絡(luò)的空間拓?fù)浜瓦B接強(qiáng)度均在變化時(shí),有無新方法可將二者結(jié)合并量化其在嬰兒期及之后的整體增長模式?

  • 嬰兒功能網(wǎng)絡(luò)研究的可重復(fù)性如何?與較大年齡兒童及成人相比,嬰兒的可重復(fù)性如何?

  • 行為發(fā)育中的性別差異,其功能腦基礎(chǔ)是什么?環(huán)境在這種腦基礎(chǔ)的發(fā)展中扮演什么角色?

  • 結(jié)構(gòu)與功能連接增長之間的關(guān)系如何?

  • 不同環(huán)境因素(如產(chǎn)前藥物暴露與社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀態(tài))如何相互作用,共同影響功能/結(jié)構(gòu)性腦發(fā)育?

原文:A hierarchical model of early brain functional network development

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