大腦在9歲、32歲、66歲和83歲發生四次巨變……

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劍橋大學的神經科學家團隊確定了人類一生中大腦結構經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據集，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纖維的運動軌跡，從而揭示大腦白質的網絡通路，繪制神經連接圖譜。

白質的主體是無數被髓鞘包裹的神經纖維。神經纖維聚集成束，神經束網絡猶如高速公路般連接不同腦區。

團隊發現：從出生到死亡，人類大腦會經歷五個主要階段，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——

• 整合性(integration)，即大腦的信息傳遞效率；

• 分離性(segregation)，即神經子網絡專業化程度；

• 中心性(centrality)，即特定節點之于系統的重要性。

論文作者之一、神經科學家亞歷克莎·穆斯利(Alexa Mousley)表示：“我們已知神經連接對大腦發育至關重要，但始終缺乏關于其生命周期變化規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點出現異常——無論是兒童期的學習障礙，還是老年期的癡呆癥。”

0 – 9 歲 |

嬰幼兒至兒童期：神經網絡的“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于相鄰神經節點間的互連程度上。”

兒童期大腦

兒童期的突觸修剪現象，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：神經連接優化至巔峰

從9歲到32歲，也就是青少年至成年早期這一階段，大腦能迅猛地優化神經連接。

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——神經通路縮短，信息傳遞更加迅速。”簡而言之，該階段內大腦在多任務處理和專業化分工兩方面的能力都顯著進階。

青春期大腦

而這段優化之旅會于大約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，大腦結構趨于穩定，認知表現和人格特質也進入穩態(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。僅就神經結構而言，我們發現類似青春期的大腦結構變化會持續到三十出頭。”

32 – 66 歲 |

成年期：從全局整合到區域分化

32～66歲的成年期對應大腦的漫長穩定期。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。神經網絡“模塊化”程度加深，這意味著各腦區越發自成體系，不同區域間的交流減少。

老年初期的大腦

穆斯利表示：“根據數據可推測，大腦網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，神經連接會進一步減少。”與此呼應的臨床關聯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。此后大腦將越發依賴少數幾個樞紐區域承擔重任。如穆斯利所言，老年晚期大腦用于維持神經連接的資源減少，因此更依賴特定區域充當連接樞紐。

網絡科學有一個所謂“子圖中心性”(subgraph centrality)的概念，用以衡量網絡中節點重要性。穆斯利等人通過該指標確定了大腦信息網絡的核心樞紐——原來老年晚期大腦只有枕回和中央后回等少數腦區還保持較強連接性。

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律。“不少人會覺得自己人生似乎由多個不同階段構成。事實證明，大腦的確要經歷轉折分明的不同時期。”

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于神經重組的關鍵階段。我們已知諸多神經發育障礙、心理問題及神經系統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：神經連接更容易于何時、以何方式受到干擾。

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