大腦的發(fā)育過(guò)程遵循高度有序的層級(jí)結(jié)構(gòu)，先支持基本的感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)功能，隨后發(fā)展出復(fù)雜的認(rèn)知與決策能力。近期，賓夕法尼亞大學(xué)（University of Pennsylvania）及多機(jī)構(gòu)合作團(tuán)隊(duì)在《Nature Neuroscience》發(fā)表了題為“丘腦調(diào)控人類(lèi)大腦皮層發(fā)育節(jié)律”的研究，系統(tǒng)揭示了丘腦在調(diào)節(jié)皮層不同區(qū)域神經(jīng)可塑性窗口和發(fā)育時(shí)序中的關(guān)鍵作用。

丘腦作為位于腦深部的亞皮層結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)期被視作感覺(jué)與運(yùn)動(dòng)信息的“中繼站”。然而，本研究通過(guò)大規(guī)模擴(kuò)散磁共振成像（diffusion MRI）數(shù)據(jù)的分析首次描繪了人類(lèi)丘腦—皮層結(jié)構(gòu)連接的解剖圖譜，證實(shí)丘腦不僅傳遞信息，更主動(dòng)參與皮層發(fā)育節(jié)律的調(diào)控。

研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)8至23歲青少年和兒童共計(jì)超過(guò)2600名受試者，整合來(lái)自費(fèi)城、美國(guó)中西部及加州多地區(qū)及紐約市不同樣本，運(yùn)用先進(jìn)的擴(kuò)散MRI技術(shù)，系統(tǒng)識(shí)別并量化丘腦與大腦皮層超過(guò)200條結(jié)構(gòu)連接路徑。研究發(fā)現(xiàn)，丘腦—皮層連接的成熟呈現(xiàn)出明顯的從感覺(jué)運(yùn)動(dòng)區(qū)向聯(lián)合區(qū)（association cortex）的層級(jí)演進(jìn)，精準(zhǔn)對(duì)應(yīng)皮層可塑性窗口的時(shí)間分布。

第一作者Valerie J. Sydnor博士指出：“我們的數(shù)據(jù)支持丘腦作為大腦皮層發(fā)育‘時(shí)間守護(hù)者’的假設(shè)，其調(diào)節(jié)機(jī)制使得感覺(jué)運(yùn)動(dòng)區(qū)的可塑性在兒童期快速減少，而支持高級(jí)認(rèn)知、情緒及社會(huì)功能的聯(lián)合區(qū)可塑性得以延長(zhǎng)至青春期甚至更晚階段。”

進(jìn)一步的多模態(tài)分析顯示，丘腦—皮層連接發(fā)育延續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間的皮層區(qū)域，呈現(xiàn)出在結(jié)構(gòu)、功能及神經(jīng)化學(xué)層面的可塑性特征，且這些區(qū)域?qū)Νh(huán)境因素展現(xiàn)出較高的敏感性，強(qiáng)調(diào)了環(huán)境與神經(jīng)發(fā)育的動(dòng)態(tài)交互作用。

該研究不僅豐富了對(duì)丘腦功能的認(rèn)知，也為理解青少年大腦發(fā)育與環(huán)境塑造機(jī)制提供了新的視角。研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃未來(lái)深入探究丘腦在聯(lián)合區(qū)神經(jīng)可塑性中的分子及細(xì)胞機(jī)制，以及環(huán)境變量如何調(diào)節(jié)丘腦—皮層連接，從而為促進(jìn)兒童及青少年認(rèn)知與情緒健康發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

Sydnor博士總結(jié)道：“識(shí)別影響皮層可塑性的機(jī)制調(diào)控因子及環(huán)境促進(jìn)條件，將為發(fā)展精準(zhǔn)的神經(jīng)發(fā)育干預(yù)策略奠定基礎(chǔ)，提升青少年神經(jīng)適應(yīng)性與心理韌性?！?/p>

參考文獻(xiàn)：Valerie J. Sydnor et al, Human thalamocortical structural connectivity develops in line with a hierarchical axis of cortical plasticity,?Nature Neuroscience?(2025).?DOI: 10.1038/s41593-025-01991-6

編輯：王洪

排版：李麗