青少年大脑发育时自我控制和决策所依赖的神经回路有什么变化？

人的大脑从童年到成年整个过程中都会形成一些回路，以支持执行功能--自我控制、决策和复杂思维等关键行为。这些回路以白质通路为基础，协调认知所需的大脑活动。然而，很少有研究能解释白质是如何在青春期--一个大脑快速发育的时期--成熟起来以支持改善执行功能的活动的。

该研究的资深作者、宾夕法尼亚大学精神病学助理教授西奥多·萨特思韦特(Theodore Satterthwaite)博士说:“通过绘制整个童年和青少年时期的大脑发育图，我们可以更好地了解大脑是如何支持健康儿童和有不同心理经历的儿童的执行功能和自我控制能力的。由于大脑连通性发育异常和执行功能缺陷往往与青少年时期精神疾病的出现有关，我们的研究结果可能有助于确定大脑发育的生物标志物，从而预测日后的认知和临床结果。”

在这项研究中，研究人员绘制了结构-功能耦合图，即大脑区域的解剖连接模式支持同步神经活动的程度。这可以想象成一条高速公路，其中解剖学上的联系是道路，功能上的联系是沿着这些道路流动的交通。研究人员绘制并分析了727名年龄在8至23岁之间的参与者的多模态神经成像数据，并得出了三个主要发现。

首先，研究小组发现，结构-功能耦合的区域差异与特定大脑区域负责的功能复杂性成反比。在大脑中专门处理简单感官信息的部分，比如视觉系统，发现了更高的结构-功能耦合。相比之下，大脑中负责执行功能和自我控制的复杂部分的结构-功能耦合较低，这些部分需要更抽象和灵活的处理。

结果表明，结构-功能耦合也与灵长类动物进化过程中已知的大脑扩张模式一致。先前对人类、猿和猴子大脑的比较研究表明，视觉系统等感觉区域在灵长类物种中是高度保守的，在最近的进化过程中并没有扩展太多。相比之下，大脑的关联区域，如前额皮质，在灵长类动物的进化过程中急剧扩大。这种扩展可能导致了独特复杂的人类认知能力的出现。研究小组发现，在进化过程中迅速扩张的大脑区域具有较低的结构-功能耦合，而在最近的进化中保存的简单感觉区域具有较高的结构-功能耦合。

研究人员还发现，在复杂的额叶脑区，结构-功能耦合在整个童年和青少年时期都在增加。这些区域往往具有较低的结构-功能耦合基线，与猴子相比有所扩大，并负责自我控制。这些区域结构-功能耦合的长期发展可能会使执行功能和自我控制能力得到改善，并一直发展到成年。事实上，研究小组发现，前额叶外侧皮层(一个在自我控制中发挥重要作用的复杂脑区)--较高的结构-功能耦合与较好的执行功能有关。

“这些结果表明，像冲动控制这样的执行功能——对儿童和青少年来说尤其具有挑战性——部分依赖于前额叶皮质等复杂大脑区域结构-功能耦合的长期发展，”该研究主要作者、哈佛大学博士后格雷厄姆·鲍姆博士解释说，“这对于理解大脑回路如何在发育过程中变得专业化，以支持灵活而适当的目标导向行为具有重要意义。”

About the author：Penn Medicine is one of the world’s leading academic medical centers, dedicated to the related missions of medical education, biomedical research, excellence in patient care, and community service.

参考来源：

https://www.pennmedicine.org/news/news-releases/2020/january/research-identifies-changes-in-neural-circuits-underlying

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