2025年度腦科學十大進展

整理：存源、丹雀

圖源：zaoeyo

關注追問的朋友可能已經發現，我們的敘事焦點正不斷改變。過去幾年，我們的腦科學文章更多致力于在微觀世界里拆解神經元的齒輪，而2025年我們則將大腦重新置回那個它賴以生存、感知與互動的生態之中。

在回顧這一年的科研產出時，我們強烈地感受到這種邊界的消融。為此，我們依據影響力指數AMScore，為您篩選出這十個定義了2025年的答案。

加班改變大腦結構：

每周工作超52小時或致認知功能受損

國際勞工組織數據顯示，全球每年超80萬人因過度工作死亡。雖然長期加班與心血管疾病等健康風險關聯明確，但其對大腦結構的直接影響仍屬研究空白。韓國延世大學團隊首次通過神經影像學揭示了加班與腦結構變化的關聯。

研究團隊納入110名醫護人員（32名過度工作者，78名標準工時者）。同時，采用基于體素的形態測量法（VBM）和基于圖譜的分析技術。此外，重點比較與執行功能、情緒調節相關腦區的灰質體積差異。

研究發現，過度工作者額中回（middle frontal gyrus）體積增加19%，該區域負責工作記憶和決策。與此同時，VBM 分析發現他們的17個腦區灰質顯著增加，其中包括參與注意力、規劃和決策的額中回、額上回以及島葉。另外，工作時間與腦體積變化呈正相關（r=0.42, p<0.05）。

標題：Overwork and changes in brain structure: a pilot study

DOI： 10.1136/oemed-2025-110057

AMScore： 1193

發表期刊：Occupational and environmental medicine

社會越不公，孩子大腦皮層越薄

社會層面的收入不平等與青少年心理健康問題相關，而青春期是神經發育的關鍵時期。盡管已有研究探討個人社會經濟地位對大腦的影響，但宏觀的、結構性的社會不平等如何通過神經生物學機制影響兒童大腦發育和心理健康的具體路徑尚不明確。

研究團隊的數據來源于“青少年大腦認知發展研究”（ABCD study），涵蓋了美國17個州的超過8,000名9-10歲兒童。同時，使用基尼系數（Gini coefficient）作為衡量各州收入不平等程度的指標。此外，通過磁共振成像（MRI）技術分析兒童的全腦皮層厚度、表面積和體積。

在排除了兒童家庭自身收入、父母教育水平等個體因素的干擾后，研究結果顯示，生活在收入差距更大州的兒童，其大腦皮層在廣泛區域表現出更薄的厚度和更小的表面積。此外，大腦網絡之間的功能連接也發生了改變，特別是默認模式網絡和背側注意網絡之間的連接。

更重要的是，這些大腦結構和連接上的差異，成為了連接社會不平等與心理健康的橋梁。正是這些大腦變化，介導了宏觀不平等環境對兒童18個月后出現更多心理健康問題的影響。這項研究首次從神經生物學層面證實，社會結構性不平等作為一個獨立于家庭背景的環境因素，能夠“塑造”兒童的大腦，并對其長期心理健康產生深遠影響。

標題： Macroeconomic income inequality, brain structure and function, and mental health

DOI： 10.1038/s44220-025-00508-1

AMScore： 1347

發表期刊：Nature Mental Health

僅僅15分鐘的睡眠差距，

如何拉開孩子大腦和成績的鴻溝？

青春期是大腦發育和認知發展的關鍵時期，睡眠模式在此期間發生顯著變化。盡管睡眠對青少年健康至關重要，但關于其睡眠習慣如何影響大腦功能和認知表現的系統研究仍然有限。

復旦大學和劍橋大學的研究團隊基于美國“青少年腦與認知發展”研究中3,222名11-12歲青少年的睡眠數據。同時，應用稀疏典型相關分析(sCCA)整合多模態腦成像數據。此外，通過層次聚類識別睡眠-腦功能生物型。

研究基于睡眠相關的腦特征，識別出三類具有差異性特征的青少年亞組。第1組占39%，平均睡眠時間為7小時10分鐘，往往入睡時間最晚，起床最早；第二組占24%，平均睡眠時長為7小時21分鐘，各項睡眠指標最接近整體樣本的平均水平；第三組占比為37%，平均睡眠時長為7小時25分鐘，通常入睡時間最早，且睡眠期間心率較低。

盡管這幾組青少年在學業成績方面未見顯著差異，但在詞匯、閱讀、問題解決和專注力等認知測試中，第3組表現最優，第1組最弱。腦部掃描顯示，第3組的腦容量最大、腦功能最佳，而第1組則相反。

其中劍橋大學精神病學系教授Sahakian教授強調：“盡管每組之間的睡眠時長差異相對較小，但僅15分鐘左右，大腦結構和功能差異已非常明顯。”

標題：Neural correlates of device-based sleep characteristics in adolescents

DOI： 10.1016/j.celrep.2025.115565

AMScore： 1589

發表期刊：Cell

熬夜的代價，寫在線粒體里：

科學家找到了我們困意的物理根源

睡眠壓力——即清醒時間越長、睡眠需求越強的過程——是睡眠穩態的核心，但其背后的物理和分子機制一直不明確。長時間清醒會引起大腦內多種變化，但很難區分這些變化是睡眠需求的原因還是結果。研究專門負責誘導和維持睡眠的神經元，為揭示睡眠的直接原因提供了獨特機會。

牛津大學Gero Miesenb?ck實驗室等人對充分休息和睡眠剝奪的果蠅大腦進行單細胞轉錄組學分析，全面識別分子變化，并利用熒光標記技術特異性富集和分析投射到背側扇形體（dorsal fan-shaped body）的睡眠誘導神經元（dFBNs），觀察睡眠剝奪后dFBNs內的線粒體形態變化，包括斷裂、線粒體自噬及與內質網的接觸。

研究發現，睡眠剝奪后，dFBNs中幾乎所有上調的轉錄本都編碼與線粒體呼吸和ATP合成相關的蛋白質。基因表達變化伴隨線粒體形態改變：線粒體斷裂、線粒體自噬增強、線粒體-內質網接觸點增多，這些變化在恢復性睡眠后可逆。進一步實驗表明，操縱線粒體形態直接影響睡眠：促進線粒體融合（hyperfused）可增加神經元興奮性和睡眠，而促進線粒體斷裂（fragmented）則降低神經元興奮性和睡眠。

標題： Mitochondrial origins of the pressure to sleep

DOI： 10.1038/s41586-025-09261-y

AMScore： 1797

發表期刊：Nature

你家老貓也會得癡呆，

而這可能是治愈阿爾茨海默病的關鍵

許多老年貓會患上貓科動物認知功能障礙綜合征（CDS），即貓癡呆癥，其行為癥狀（如叫聲增多、混亂）與人類阿爾茨海默病（AD）相似。目前阿爾茨海默病研究嚴重依賴轉基因嚙齒動物模型，而自然患病的貓可能為研究該疾病提供更有價值、更準確的模型。

研究團隊檢查了25只已故貓的大腦樣本，分為年輕組（n=7）、年老組（n=10）和確診CDS組（n=8），采用免疫組織化學和共聚焦顯微鏡技術對大腦頂葉皮層進行分析，通過線性混合效應模型探究淀粉樣β蛋白在突觸內的積累情況，以及小膠質細胞和星形膠質細胞的活性和吞噬突觸的行為。

研究發現，在年老和患有CDS貓的大腦中，淀粉樣β蛋白確實會在突觸內積聚。在存在淀粉樣β蛋白斑塊的區域，小膠質細胞和星形膠質細胞表現出更強的活性（膠質細胞增生），對突觸的吞噬作用顯著增加，且會優先吞噬含有淀粉樣β蛋白的突觸。

標題： Amyloid-Beta Pathology Increases Synaptic Engulfment by Glia in Feline Cognitive Dysfunction Syndrome: A Naturally Occurring Model of Alzheimer’s Disease

DOI： 10.1111/ejn.70180

AMScore： 2006

發表期刊：European Journal of Neuroscience

從想到說到，僅需1秒：

癱瘓患者通過思想，用自己的聲音開口說話

語音神經假體長期受制于高延遲與音色還原能力不足，限制了癱瘓患者自然交流的可能性。加州大學伯克利與舊金山分校團隊提出“流式腦—語音神經假體”，將皮層信號實時解碼為語音，把端到端延遲壓縮至約1秒，同時盡量還原個體原有的音色特征。

研究團隊在患者運動皮層植入高密度電極陣列獲取神經信號，采用循環神經網絡轉換器（RNN?T）以約80毫秒為步長進行流式解碼，并結合預訓練文本轉語音（TTS）模型生成語音；通過患者傷前錄音對聲學輸出做個性化校準，實現音色復刻。

這項研究的解碼速度達到 90 詞 / 分鐘（WPM），且延遲更低。在 50 個短語集（護理需要）的測試中，新方法達到了 91 WPM 、12% 字錯率 (WER)、 11% 字符錯誤率。在 1024 字集的自然句子測試中，該方法也達到了 47 WPM、59% WER 和 45% 字符錯誤率。系統在未見詞匯（如北約字母表單詞）上的解碼準確度也保持穩定，顯示出良好的泛化能力。

同時，非侵入式通道（如面部肌電 sEMG）亦可接入同一框架以拓展適用人群。患者主觀反饋顯示，實時語音輸出顯著增強了交流的沉浸感與自然度。

標題： A streaming brain-to-voice neuroprosthesis to restore naturalistic communication

DOI： 10.1038/s41593-025-01905-6

AMScore： 2051

發表期刊：Nature Neuroscience

世界上僅有五個人，

看見了這種前所未有的顏色

人類視覺受限于三種視錐細胞的響應特性，無法感知某些”虛構顏色”。加州大學伯克利分校吳義仁（Ren Ng）教授及其團隊開發的”奧茲視覺系統”(Oz Vision System)首次實現對視錐細胞的精準刺激，創造出標準色域外的新顏色。

研究團隊開發的Oz系統結合了自適應光學掃描激光檢眼鏡和實時眼球追蹤技術，為每位被試繪制視網膜”地圖”，精確定位103個視錐細胞，并使用488nm激光以鋸齒形掃描方式選擇性刺激M型視錐細胞。

研究成功創造出名為”olo”的新顏色（理論坐標[0,1,0]），被試描述為”前所未見的飽和藍綠色”。顏色匹配實驗證實olo位于標準色域之外，需添加大量白光才能與正常顏色匹配。該系統可實現0.9°視野內的精準刺激，激光定位精度達單個視錐細胞水平。

標題： Novel color via stimulation of individual photoreceptors at population scale

DOI： 10.1126/sciadv.adu1052

AMScore： 2089

發表期刊：Science Advances

告別白人專屬基因研究：

抑郁癥的遺傳風險，有了更公平的答案

抑郁癥是一種全球性心理健康問題，但其遺傳基礎在不同種族中的差異尚未完全闡明。盡管全基因組關聯研究（GWAS）在識別抑郁癥相關遺傳變異方面取得了進展，但大多數研究集中于歐洲血統人群，缺乏全球多樣性。本研究是迄今為止最大規模的跨祖先抑郁癥GWAS研究，分析來自29個國家的500多萬人基因數據，揭示抑郁癥遺傳風險因素在不同種族中的普遍性和特異性。

研究團隊采用跨祖先GWAS，對688,808名重度抑郁癥患者與4,364,225名對照者的數據進行分析，整合29個國家的多血統基因數據，系統識別與抑郁癥相關的遺傳變異。

研究共識別出697個與抑郁癥相關的遺傳變異，涉及308個高置信度基因，主要與突觸后密度、神經元失調和杏仁核相關；發現100個新的遺傳關聯，并證實這些變異在不同血統人群中均具有顯著預測能力。多基因評分（PGS）在歐洲血統人群中解釋了高達5.8%的風險變異，在非歐洲血統人群中同樣表現出可觀的預測力。

論文標題： Trans-Ancestry Genome-Wide Study of Depression Identifies 697 Associations Implicating Cell Types and Pharmacotherapies

DOI： 10.1016/j.cell.2024.12.002

AMScore： 2134

發表期刊：Cell

9歲、32歲、66歲、83歲：

大腦的四個斷崖式轉折點

神經連接對人類發育至關重要，大腦結構和功能的變化軌跡貫穿一生。然而，大腦神經連接如何隨生命周期變化及其背后的組織原則，此前缺乏全面、宏觀的了解。

英國劍橋大學的研究人員收集了0至90歲共4,216個樣本（最終分析3802人）的MRI擴散掃描數據，分析12個圖論組織指標隨年齡的變化，并使用均勻流形逼近與投影（UMAP）技術將高維數據投影到流形空間，識別拓撲結構發展的軌跡和轉折點。

研究確定了人類生命周期中大腦結構的四個關鍵轉折點，分別在9歲、32歲、66歲和83歲左右，將大腦發育劃分為五個主要時期。

?人類大腦各時期白質纖維束的dMRI成像圖

0至9歲為網絡鞏固期，大腦啟動“突觸修剪”程序，剪掉40%的低效連接；9至32歲為青春期，此時神經效率顯著提升，連接方向發生最大轉變；32歲標志著進入最長的成年穩定期，大腦結構趨于平穩但區域隔離增加；66歲進入早期衰老期，伴隨網絡重組；83歲后進入晚期衰老，全腦連接性下降并轉向局部依賴。

標題： Topological turning points across the human lifespan

DOI：10.1038/s41467-025-65974-8

AMScore： 2271

發表期刊：Nature communications

刷手機刷出ADHD？

TikTok上的心理健康內容，一半是坑

短視頻平臺的興起使TikTok成為年輕人獲取心理健康信息的重要渠道，但ADHD（注意力缺陷/多動障礙）相關內容質量參差不齊，可能對年輕人的認知產生負面影響。本研究旨在評估TikTok上ADHD相關內容的準確性及其對用戶認知的影響。

研究團隊選取100個最受歡迎的#ADHD標簽TikTok視頻，由兩位專家評估其準確性、細微差別和整體質量，并調查843名本科生（包括無ADHD、自我診斷及正式診斷的個體）的TikTok使用習慣。參與者還需評估專家評出的最高和最低質量視頻，回答關于ADHD認知的問題。

研究發現，僅不到50%的ADHD相關視頻內容與《精神障礙診斷與統計手冊》標準一致。觀看更多ADHD內容的年輕人更傾向于推薦這些視頻，且高估ADHD在普通人群中的普遍性和嚴重性。值得注意的是，自我診斷ADHD的個體對低質量視頻的認可度顯著高于正式診斷組（p<0.05）。

標題： A double-edged hashtag: Evaluation of ADHD-related TikTok content and its associations with perceptions of ADHD

DOI：10.1371/journal.pone.0319335

AMScore： 2884

發表期刊：PloS one

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