科学家揭秘大脑发生巨变的五个关键时期

剑桥大学MRC认知与脑科学研究所的一个团队分析了3802名个体的MRI扩散扫描结果，这些个体年龄从新生儿到90岁不等。此类扫描通过追踪水分子在脑组织中的运动，帮助研究人员绘制连接不同脑区的网络图谱。他们的研究成果发表在《自然·通讯》上，表明大脑结构会经历五个主要阶段，四个关键“转折点”将这些阶段分隔，标志着大脑发生重要重组的年龄。

### 童年、青春期与漫长的成年过渡期
第一个阶段从出生持续到约9岁，之后一个主要转折点进入青春期阶段。青春期比预期的要长得多，平均持续到约32岁。30岁出头时，大脑的连接网络转变为成人结构，这是最长的阶段，持续超过30年。66岁左右的第三个转折点标志着“早期衰老”阶段的开始，而最后的“晚期衰老”阶段则在83岁左右出现。

该研究负责人、盖茨剑桥学者亚历克莎·穆斯利博士表示：“我们知道大脑的连接对发育至关重要，但缺乏它在一生中如何变化及为何变化的整体认识。这项研究首次确定了人类一生中大脑连接的主要阶段。”“这些阶段为我们的大脑在生命不同阶段可能最擅长什么或更易受什么影响提供了重要背景。它有助于理解为何某些大脑在生命关键节点发育不同，无论是儿童期的学习困难，还是晚年的痴呆症。”

### 早期大脑生长：突触、巩固与快速变化
从婴儿期到童年期，大脑通过“网络巩固”形成。婴儿会产生大量突触（神经元间的连接点），随着时间推移，只有最活跃的连接被保留，其余则被消除。在此期间，整个大脑遵循一致的重组模式，灰质和白质快速生长，使皮质厚度（外层灰质与内层白质间的距离）达到峰值，大脑皮层的褶皱也趋于稳定，形成表面可见的隆起。到9岁时，大脑迎来第一个主要转折点，此时认知能力快速提升，但患某些精神疾病的风险也更高。

### 青春期：效率提升与脑网络更有序
第二个阶段青春期的特征是白质持续生长。随着这些通路的扩展，通信网络的组织变得更精细。MRI扩散扫描显示组织中水分子运动更有序，反映出更强、更协调的连接。这个阶段的显著特点是信号在单个区域内和全脑范围内的传递效率提高，这些改善与认知能力的提升相关。穆斯利说：“神经效率就像你想象的那样，通过短路径实现良好连接，而青春期是唯一一个神经效率在提升的时期。”这些变化在30岁出头达到顶峰，研究人员称其为整个生命周期中“最强的拓扑转折点”。“大约32岁时，与其他转折点相比，我们看到连接网络最具方向性的变化和整体轨迹的最大转变，”穆斯利说，“虽然青春期的开始以 puberty 为明确标志，但科学上很难确定其结束。纯粹基于神经结构，我们发现青春期样的脑结构变化在30岁出头结束。”

### 成年期：稳定与逐渐区域化
约32岁时，成年阶段开始。与生命早期阶段相比，这个阶段相对稳定，约30年内没有其他主要转折点。研究人员表示，这与其他研究中描述的“智力和人格 plateau 期”相符。他们还注意到在此期间“分离度”增加，即不同脑区开始以更独特、更专门化的方式运作。下一个转折点在66岁左右，更为微妙。虽然不涉及剧烈的结构变化，但团队仍观察到网络组织的显著转变。“数据表明，脑网络的逐渐重组在60年代中期达到顶点，”穆斯利说，“这可能与衰老有关，随着白质开始退化，连接性进一步降低。这个年龄的人面临更多可能影响大脑的健康问题风险，比如高血压。”

### 晚期衰老：全局连接下降与区域依赖增强
最后一个转折点在83岁左右，标志着最后一个脑结构阶段的开始。尽管该阶段的数据有限，但研究人员发现了明确的模式：大脑的全局连接减少，更多依赖特定区域。

资深作者、剑桥大学神经信息学教授邓肯·阿斯尔说：“回首过去，我们很多人觉得自己的生活有不同的阶段。事实证明，大脑也经历这些时期。”“许多神经发育、精神健康和神经系统疾病都与大脑的连接方式有关。实际上，大脑连接的差异可预测注意力、语言、记忆以及各种行为的困难。”“理解大脑的结构发展不是稳步前进，而是有几个主要转折点，将帮助我们确定其连接在何时以及如何容易受到干扰。”

该研究得到了医学研究理事会、盖茨基金会和坦普尔顿世界慈善基金会的支持。