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劍橋大學的神經(jīng)科學家團隊確定了人類一生中大腦結構經(jīng)歷的五個重大轉折階段。

人從出生開始就一直成長、成熟和衰老，此過程伴隨大腦的不斷重塑、適應各種思維模式，而這五大階段就是大腦重塑的五個關鍵時期。

新研究刊載于《自然-通訊》雜志。作者團隊通過分析磁共振彌散成像數(shù)據(jù)集，對比了3802名0至90歲受試者的大腦結構。磁共振彌散成像技術(dMRI)能追蹤腦組織內水分子沿神經(jīng)纖維的運動軌跡，從而揭示大腦白質的網(wǎng)絡通路，繪制神經(jīng)連接圖譜。

白質的主體是無數(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)絡猶如高速公路般連接不同腦區(qū)。

團隊發(fā)現(xiàn)：從出生到死亡，人類大腦會經(jīng)歷五個主要階段，五段時期由四次代表大腦結構重塑的轉折分隔。如下圖所示。

本圖代表性地展示了人類大腦各時期白質纖維束的dMRI成像圖

四個轉折點出現(xiàn)于：9歲、32歲、66歲和83歲

每個階段都有其獨特的大腦結構特征，可通過三個維度體現(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)絡專業(yè)化程度；

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

論文作者之一、神經(jīng)科學家亞歷克莎·穆斯利(Alexa Mousley)表示：“我們已知神經(jīng)連接對大腦發(fā)育至關重要，但始終缺乏關于其生命周期變化規(guī)律及成因的全面認知。此項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。這些關鍵時期為我們理解大腦在不同人生階段最擅長什么、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鍵節(jié)點出現(xiàn)異常——無論是兒童期的學習障礙，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)絡的“大建大拆”

從出生到大約9歲，這是我們大腦超速運轉的階段。

萬億突觸競爭求存，白質神經(jīng)束飛快擴張。最活躍的突觸得以保留，其他許多形成于嬰兒時期的突觸則逐漸退化。令人驚訝的是，該時期大腦的全局效率，即在遠距離腦區(qū)間快速傳遞信息的能力，反倒下降了。

研究團隊指出：“兒童階段的拓撲特征最顯著體現(xiàn)于相鄰神經(jīng)節(jié)點間的互連程度上?！?/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、學習能力極強以及情緒波動劇烈。當然，隨著青春期荷爾蒙浪潮在9歲左右啟動，大腦結構也就此首度迎來大轉折——從構建局部神經(jīng)集群轉向加強全局整合能力。

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，與此同時全局分離性減弱，局部專業(yè)化程度提升。用穆斯利的話說：“首次轉折點之后，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?！焙喍灾?，該階段內大腦在多任務處理和專業(yè)化分工兩方面的能力都顯著進階。

青春期大腦

而這段優(yōu)化之旅會于大約32歲，也就是人生第二大轉折點處達到頂峰、停止增長。此轉折被研究團隊認為是最極致的劇變。之后全局效率不再提升，大腦結構趨于穩(wěn)定，認知表現(xiàn)和人格特質也進入穩(wěn)態(tài)(與其他觀察結果相符)，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：“雖然青春期起點明確，但科學上很難界定其終點。僅就神經(jīng)結構而言，我們發(fā)現(xiàn)類似青春期的大腦結構變化會持續(xù)到三十出頭。”

32 – 66 歲 |

成年期：從全局整合到區(qū)域分化

32～66歲的成年期對應大腦的漫長穩(wěn)定期。整合性逐漸減弱，分離性相應增強。研究團隊指出，此階段最顯著的拓撲特征是“相鄰腦區(qū)間的連接性增強”。

成年期的大腦

而在到達66歲左右的轉折點后，之前積累的變化將引發(fā)新一輪轉變，推動大腦進入老年初期階段。白質開始變薄。神經(jīng)網(wǎng)絡“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，大腦網(wǎng)絡的逐步重組過程于66歲左右達到臨界點，這可能與衰老過程相關，隨著白質開始退化，神經(jīng)連接會進一步減少?！迸c此呼應的臨床關聯(lián)是癡呆癥和高血壓這兩種損害大腦連接性的疾病風險上升。

83 歲 |

最后的神經(jīng)港灣

83歲是大腦的最終轉折處，意味著老年晚期的到來。此后大腦將越發(fā)依賴少數(shù)幾個樞紐區(qū)域承擔重任。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)域充當連接樞紐。

網(wǎng)絡科學有一個所謂“子圖中心性”(subgraph centrality)的概念，用以衡量網(wǎng)絡中節(jié)點重要性。穆斯利等人通過該指標確定了大腦信息網(wǎng)絡的核心樞紐——原來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，大腦的轉折點可以折射人類生命歷程的深層規(guī)律?！安簧偃藭X得自己人生似乎由多個不同階段構成。事實證明，大腦的確要經(jīng)歷轉折分明的不同時期?！?/p>

阿斯特爾還指出，新研究進一步證實了心理疾病、學習障礙和癡呆癥的確高發(fā)于神經(jīng)重組的關鍵階段。我們已知諸多神經(jīng)發(fā)育障礙、心理問題及神經(jīng)系統(tǒng)疾病都與大腦連接方式相關，在此基礎上，更深入理解大腦結構演變非勻速、有轉折、分階段的特點，將幫助我們識別：神經(jīng)連接更容易于何時、以何方式受到干擾。

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