貫穿一生的腦功能圖譜

人腦的發育并不是均勻同步進行的。負責基本感覺的腦區會更早成熟，而支持抽象思維的腦區則往往需要數十年才能充分發育。

在一項新發表于《自然》雜志的研究中，一個研究團隊分析了3556名年齡從16天大的嬰兒到100歲的老人的腦部掃描數據，繪制出一份圖譜，首次確認了腦組織中的三條基本軸線是如何在人類的整個生命周期中變化的。

三條軸線

腦是一個充滿“噪聲”的地方。有時，兩個相距很遠的腦區會在同一時間活躍起來，這意味著它們可能在協同工作，共同支持同一種功能。如此一來，即便這些腦區在腦中的空間位置未必彼此接近，但仍可被被稱為是“功能連接”的。

新研究所繪制的圖譜，描繪的正是這種功能連接特征。為了理解這種功能連接是如何被組織起來的，研究人員依據各個腦區與腦的其余部分的連接模式，將這些腦區排列到“軸線”上，位于一條軸線兩個極端附近的腦區，在各自一端內部都具有最相似的連接模式。

從功能上看，這樣的軸線主要有三條。

其中最為突出的一條是“感覺與關聯”軸，它從主要負責處理感覺信息的腦區，延伸到參與了更復雜的過程（例如把感覺信息整合進復雜思維之中）的腦區。

另有兩條軸線則體現了進一步的組織原則：一條是“視覺與身體”軸，它的一端涉及視覺處理，另一端涉及與身體相關的處理；另一條是“控制與表征”軸，一端位于參與認知控制的腦區（如目標導向行為和工作記憶等功能），另一端位于參與形成外部世界的內部表征和自我相關思維的腦區。

貫穿一生

過去已經有研究描繪過這些軸線在兒童期以及整個成年期如何變化，但還沒有追蹤過它們在整個人類生命周期中的全貌。為了填補這一空白，研究人員將這一分析框架應用于3556名涵蓋了從新生兒一直覆蓋到百歲老人的腦的功能性磁共振成像（fMRI）掃描數據上，從而追蹤了這三條主要的功能軸線在不同年齡階段的發展和變化。

腦的功能組織可以用三個映射到大腦皮質的關鍵空間梯度來描述。每個梯度的兩個極端分別代表一類具有相似連接模式的腦區，這反映出它們參與的是相似的功能。借助腦成像技術，研究人員報告了這些梯度從出生到老年是如何變化的。（圖/Taylor, H. P. IV et al./Nature）

研究結果表明，從嬰兒期到老年期，每一條軸線都遵循獨特的自身發育軌跡。例如，“感覺與關聯”和“控制與表征”軸在兒童期和青春期持續擴展，并在大約19歲左右達到峰值。這與參與復雜高階認知過程的腦網絡具有較長成熟期這一現象是一致的。

相比之下，“視覺與身體”軸的峰值則出現的早得多，大約在5歲左右達到最高點，隨后逐漸收縮。這種不同步的變化，呼應了細胞層面一個廣為人知的模式：初級視皮質中的突觸密度會在嬰兒期達到峰值，而前額葉皮質中的突觸則要到生命的第二年才達到最大密度。

這些軌跡顯示，梯度的范圍在整個人生過程中會經歷擴展與收縮。其中視覺與身體（VS）梯度的擴展大約在5歲時達到峰值，而感覺與關聯（SA）梯度和控制與表征（MR）梯度則大約在19歲時達到峰值。這些模式反映出，基礎感覺系統在生命早期便趨于成熟，而參與復雜認知過程的腦網絡則經歷更漫長的成熟過程。（圖/Taylor, H. P. IV et al./Nature）

簡而言之，嬰兒的腦主要圍繞基本感覺系統之間鮮明的區分來組織；但隨著發育的推進，更抽象的組織原則會逐漸占據主導地位。在年輕成年人中，一個人的“感覺與關聯”梯度與總體人群的平均模式越接近，其在多個認知領域中的表現往往越好。而在嬰兒中，“控制與表征”軸則最早顯示出與新出現的運動技能之間的聯系。因此，不同的組織原則會在生命的不同階段，對認知表現出不同的重要性。

走向有序

就像兒童的生長曲線圖能幫助兒科醫生追蹤身高相對于總體標準處在什么位置一樣，這些貫穿了整個生命周期的軸線也能幫助研究人員識別腦組織是在何時、又是在何處偏離了典型發育軌跡的。

盡管這份腦功能圖譜是理解整個生命周期中不同腦區彼此關系的“至關重要的第一步”，但它還無法捕捉功能連接性在具體個體中的組織方式。接下來的一個研究重點，或將是精確追蹤腦網絡是如何隨時間發生變化的。

與此同時，研究人員表示，他們計劃更深入地考察組織腦功能模式的動態機制，并研究這些模式在不同人群中呈現出怎樣的樣貌。還有大量問題有待厘清。

#參考來源：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10219-x

https://www.nature.com/articles/d41586-026-00637-2

https://www.nature.com/articles/d41586-026-00975-1

#圖片來源：

封面圖&首圖：geralt / Pixabay