人腦被組織成從童年到成年發(fā)展的回路，以支持執(zhí)行功能——自我控制、決策制定和復(fù)雜思維等關(guān)鍵行為。這些回路由白質(zhì)通路錨定，這些通路協(xié)調(diào)認(rèn)知所需的大腦活動。然而，很少有研究可以解釋白質(zhì)如何成熟以支持在青春期(大腦快速發(fā)育的時期)改善執(zhí)行功能的活動。
賓夕法尼亞大學(xué)佩雷??爾曼醫(yī)學(xué)院壽命腦研究所和費(fèi)城兒童醫(yī)院的研究人員應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)科學(xué)工具來確定大腦中的解剖連接如何發(fā)展以支持這些關(guān)鍵區(qū)域的神經(jīng)活動。研究結(jié)果發(fā)表在美國國家科學(xué)院院刊上。
“通過繪制兒童和青春期大腦發(fā)育圖，我們可以更好地了解大腦如何支持健康兒童和具有不同心理健康經(jīng)歷的兒童的執(zhí)行功能和自我控制，”該研究的資深作者、助理教授西奧多·薩特思韋特 (Theodore Satterthwaite) 醫(yī)學(xué)博士說。賓夕法尼亞大學(xué)精神病學(xué)博士。“由于大腦連接發(fā)育異常和執(zhí)行功能缺陷通常與青年時期精神疾病的出現(xiàn)有關(guān)，我們的研究結(jié)果可能有助于確定大腦發(fā)育的生物標(biāo)志物，這些標(biāo)志物可以預(yù)測以后的認(rèn)知和臨床結(jié)果。”
在這項研究中，研究人員繪制了結(jié)構(gòu)-功能耦合圖——大腦區(qū)域的解剖連接模式支持同步神經(jīng)活動的程度。這可以被認(rèn)為像一條高速公路，其中解剖連接是道路，功能連接是沿著這些道路流動的交通。研究人員繪制并分析了 727 名年齡在 8 至 23 歲之間的參與者的多模態(tài)神經(jīng)影像學(xué)數(shù)據(jù)，并得出了三個主要發(fā)現(xiàn)。
首先，該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)-功能耦合的區(qū)域變異性與給定大腦區(qū)域負(fù)責(zé)的功能的復(fù)雜性成反比。在專門處理簡單感覺信息的大腦部分(如視覺系統(tǒng))中發(fā)現(xiàn)了更高的結(jié)構(gòu)-功能耦合。相比之下，負(fù)責(zé)執(zhí)行功能和自我控制的大腦復(fù)雜部分的結(jié)構(gòu)-功能耦合較低，這需要更抽象和更靈活的處理。
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