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Nature子刊:对婴儿大脑的认识为大脑在生命早期的功能提供了新见解,并可能指出纠正受神经发育障碍影响的发育轨迹的治疗选择

发布:2023-10-18    浏览:20 次

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白质连接通过有效地约束大脑的动态活动来支持各种认知需求。这种效率可以从网络可控性中推断出来。网络可控性基于白质连接,代表了大脑基于白质连接可以在不同的思维状态之间轻松切换的程度。然而,目前尚不清楚大脑网络在出生时如何支持多样的功能,尤其是在连接性快速变化的时期。


2023年9月19日,耶鲁大学Huili Sun博士和Dustin Scheinost博士及其研究团队在nature communications上发表了题为“Network controllability of structural connectomes in the neonatal brain”的文章,该研究结果表明,在围产期内,网络的可控性迅速发展,以支持认知需求,但可能会受到早产等环境因素的影响而发生改变。这些发现可以指出纠正神经发育障碍中出错的发育轨迹的治疗方法。



在这项研究中,研究人员感兴趣的是探索婴儿大脑对大脑区域网络的控制能力,以及随着年龄的增长,这种早期控制是否与认知能力有关。此研究使用的数据是由人类连接体发展项目收集的,研究人员对448名足月婴儿和73名早产儿进行了MRI脑部扫描。通过这些扫描,研究人员构建了结构连接体——或大脑区域和它们之间连接的脑图——并基于婴儿的大脑结构模拟了大脑网络的激活。然后他们计算了激活这些网络所需的控制能量。

网络控制理论


研究人员评估了两种类型的控制。第一个是平均可控性,描述了在相似的大脑状态之间切换的能力:例如,从运动行为(如抓取)过渡到感觉行为(如倾听),这两种行为使用类似的大脑回路。另一个是模态可控性,它包含了大脑在更不同的大脑状态之间导航的能力,比如在复杂的认知功能之间:例如,决策和注意力。

根据这项研究,在足月婴儿和早产儿中,平均可控性的发展要早于模态可控性——在怀孕的第三个孕期。在这个早期阶段,婴儿通常会学习感觉和运动行为,这些行为依赖于相似的大脑回路,因此优先考虑平均可控制性,或在相似状态之间切换是有益的。支持复杂认知功能的大脑网络尚未在新生儿中发育,因此对高模态可控性的需求较少。

婴儿大脑的可控性分布


围产期期间的可控性发展


虽然足月婴儿和早产儿具有相似的可控性模式,但两组婴儿在个体大脑区域内的可控性程度不同。许多在可控性方面差异最大的大脑区域是在早产儿童中观察到的,包括与语言发展和社会处理有关的大脑区域

然而,研究人员还发现,早产儿能够“赶上”足月出生的同龄人,在出生后的头几个月里,表现出更快的区域控制力发展。


控制激活大脑网络的能量成本

“也许最有趣的是,在所有婴儿中,出生时大脑区域的可控性越高,随着时间的推移,它发展得越快,”研究人员说。“出生时可控性较强的婴儿在18个月大的时候往往有更强的认知能力。


最终可得出结论:婴儿的大脑在第三个孕期的早期就展示出了可控性的元素,并在围产期内迅速发展。早产扰乱了大脑网络的发育,并改变了在不同层次上驱动状态转变所需的能量。此外,出生时的可控性与18个月时的认知能力相关。这些发现为大脑在生命早期的功能提供了新的见解,并可能指出纠正受神经发育障碍影响的发育轨迹的治疗选择。

参考文献

Sun H, Jiang R, Dai W, Dufford AJ, Noble S, Spann MN, Gu S, Scheinost D. Network controllability of structural connectomes in the neonatal brain. Nat Commun. 2023 Sep 19;14(1):5820. doi: 10.1038/s41467-023-41499-w

资讯来源

https://medicalxpress.com/news/2023-10-brain-infancy-linked-cognitive-ability.html


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编译:李鑫曌

校审:展琳琳


全文完

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