為什麼人會隨著長大變「聰明」：兒童認知能力的大腦神經網路基礎

新智元編譯

來源：sciencedaily.com

作者：Rand Hindi

編譯：弗格森

【新智元導讀】大腦的「 執行功能」 對於個人的發展來說事關重大，賓夕法尼亞大學 Perelman 醫學院的研究，發現了人腦中影響這些「執行功能」提升的大腦網路組織。研究顯示，為了獲得效率上的提升，走向成熟的大腦越來越多地分解成不同的網路模塊。事實上，新的證據表明，一個人「執行功能」 隨著年齡增大的提升程度取決於特定的模塊化網路結構出現的程度。

隨著兒童進入青少年時期，在展示自己控制衝動、遵守規矩和做決策的能力上，他們會展現出驚人進步。這些大腦的「 執行功能」 對於個人的發展來說事關重大，會影響教育的成功、藥物的使用和精神疾病等等。根據Current Biology 5月25日的報道，研究員們已經發現人腦中影響這些「執行功能」提升的大腦網路組織。

研究顯示，為了獲得效率上的提升，走向成熟的大腦越來越多地分解成不同的網路模塊。事實上，新的證據表明，一個人「執行功能」 隨著年齡增大的提升程度取決於特定的模塊化網路結構出現的程度。

「我們非常驚喜地發現，大腦網路結構的改善和發展，涉及到越來越多的模塊分離和全局的整合，因為高度模塊化的系統也可能會變成碎片化的」，賓夕法尼亞大學Perelman醫學院精神病學的助理教授Ted Satterthwaite說，「數量越來越多，但是又沒有被全局性地整合到網路拓撲中的模塊有可能會將大腦中溝通的效率最大化，同時將線路成本最小化。」

這一發現表明，模塊化的大腦結構對於複雜的認知和行為發展尤為關鍵。它們可能還有利於鑒定大腦不正常發育的指標，進而預測一個人患上精神疾病和重大情緒失控的風險，研究者稱。

Satterthwaite和他的同事希望能定義結構化網路模塊的正常發展以及這種模塊與執行功能之間的關係。他們對882名8到22歲的青少年進行了實驗，讓他們完成彌散成像測試。這是Philadelphia Neurodevelopmental Cohort 社區研究的一部分，該研究擁有豐富的神經成像和認知數據。

正如他們預計的那樣，受試者中，隨著年齡的增長，執行功能有明顯的改進。對這些大腦圖片的分析發現了一個正在增長的專門化的、模塊化的結構，並且還沒有被完全融合。

「模塊化網路架構的發展並不會讓大腦變得碎片化」，該研究的第一作者Graham Baum說。他是賓夕法尼亞大學Perelman醫學院的博士候選人。他說：「事實上，整個網路的溝通容量確實增長了，這要歸功於不同模塊間特定的『中心』 （hub）連接的增強。這一結果表面，隨著孩子年齡的增長，他們的大腦內部會越來越變成一個具體的單元，同時，也會融合成為一個整體。

研究者表示，一個整體的融合網路架構可能對於支持特定的信息處理，減少不同大腦系統間的相互干擾起到關鍵作用。同時，整體融合度的提升，可能會讓這些特定的部分合作，形成一個一致的風格。研究者還發現，在這些模塊化結構和個人在測試執行功能上的表現之間，存在著關聯。

研究者稱，他們正在將結構的和功能的成像技術結合起來，以檢驗結構化的大腦網路是如何限制和塑造功能性的大腦網路和激活模式。他們還會研究，大腦網路的信息能否預測孩子未來精神障礙的發病風險。

論文DOI:http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2017.04.051

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