科學家揭示大腦發生巨大變化的五個重要時刻

劍橋 MRC 認知和腦科學部門的一個團隊分析了 3,802 名從新生兒到 90 歲的個體的擴散 MRI 掃描結果。這些掃描跟踪水通過腦組織的運動，幫助研究人員繪製連接一個區域與另一個區域的網絡。

他們的研究結果發表於 自然通訊大腦結構似乎經歷了五個主要階段。這些階段有四個主要的“臨界點”，標誌著大腦進行有意義的重組的年齡。

童年、青春期以及通往成年的緩慢之路

第一個時期從出生一直持續到九歲左右，此時一個重大轉折點通向青春期。這個青少年時期比預期持續的時間要長得多，平均持續到32歲左右。

在你 30 歲出頭時，你的大腦線路會轉變為成人的配置。這成為最長的時代，持續了三十多年。第三個轉折點是66歲左右，標誌著“早期衰老”階段的開始，而最終的“晚期衰老”階段出現在83歲左右。

領導這項研究的劍橋蓋茨大學研究員亞歷克斯·莫斯利博士說：“我們知道大腦線路對我們的發展至關重要，但我們缺乏對它如何以及為何在我們的生活中發生變化的全面了解。” “這項研究首次確定了人類一生中大腦連接的關鍵階段。”

“這些年齡為我們的大腦在生命的不同階段可能更擅長或更容易受到什麼影響提供了重要的背景。它們可以幫助我們理解為什麼有些大腦在生命的關鍵階段發育不同，無論是童年時期的學習困難，還是晚年的癡呆症。”

早期大腦發育：突觸、鞏固和快速變化

從嬰儿期到童年，大腦都是由“網絡鞏固”塑造的。嬰兒出生時就有大量的突觸，即神經元連接的點。隨著時間的推移，只有最活躍的連接被保留，而其餘的則被消除。

在此期間，整個大腦遵循一致的重新佈線模式。灰質和白質迅速生長，將皮質厚度（外部灰質和內部白質之間的空間）推至最高點。大腦皮層的褶皺也穩定下來，形成出現在外表面的脊。

九歲時，大腦經歷了第一個重大轉折點。這個年齡段的認知能力迅速增強，但患某些心理健康問題的風險也隨之增加。

青春期：效率提高，大腦網絡更有組織

第二階段是青春期，其特點是白質不斷生長。隨著這些路徑的擴展，通信網絡的組織變得更加精確。擴散 MRI 掃描顯示組織中水的運動更加規律，反映出更強、更協調的連接。

這一時期的特點是信號在各個區域和整個大腦中移動的效率提高。這些改善與認知能力的提高有關。

“正如你想像的那樣，神經效率通過短路徑緊密相連，而青春期是這種效率提高的唯一年齡，”莫斯利說。

這些變化在 30 歲出頭達到頂峰，研究人員將其描述為整個生命週期中“最強的拓撲轉折點”。

“與所有其他轉折點相比，在 32 歲左右，我們看到線路的方向性變化最大，軌蹟的整體變化最大，”莫斯利說。 “雖然青春期提供了一個明確的開始，但青春期的結束在科學上要困難得多。基於純粹的神經結構，我們發現大腦結構的青春期樣變化在 30 歲出頭左右結束。”

青春期：穩定和逐漸分裂

32歲左右，成年期開始了。這個階段與之前的人生階段相比相對穩定，大約三十年沒有出現額外的重大轉折點。研究人員表示，這與其他研究中描述的“智力和性格的高原期”是一致的。

他們還觀察到在此期間“隔離”增加，這意味著不同的大腦區域開始以更加獨特和專門的方式發揮作用。

下一個轉折點是 66 歲左右，這個轉折點更加微妙。儘管不涉及根本性的結構變化，但團隊仍然觀察到網絡組織的重要變化。

“數據表明，大腦網絡的逐步重組在 20 世紀 60 年代中期達到頂峰，”莫斯利說。 “這可能與衰老有關，隨著白質開始惡化，連通性進一步下降。在這個年齡，人們面臨各種可能影響大腦的健康狀況的風險增加，例如高血壓。”

老齡化延遲：全球連通性和區域依賴性下降

最後的轉折點出現在83歲左右，標誌著大腦結構最後時代的開始。儘管這一階段的數據量有限，但研究人員發現了一個清晰的模式。大腦的全局聯繫變得越來越少，並且更加依賴於特定區域。

主要作者、劍橋大學神經信息學教授鄧肯·阿斯特爾教授說：“回顧過去，我們很多人都覺得我們的生活被標記為不同的階段。事實證明，大腦也經歷過這些時代。”

“許多神經發育、心理健康和神經系統疾病都與大腦的連接方式有關。事實上，大腦連接的差異預示著注意力、語言、記憶和一系列不同行為的困難。”

“了解大腦的結構旅程不是一個穩定的進展問題，而是幾個主要轉折點之一，這將有助於我們確定其線路何時以及如何容易出現錯位。”

該研究得到了醫學研究委員會、蓋茨基金會和坦普爾頓國際慈善信託基金的支持。