图 人脑结构连接组对大脑皮层形态发育约束的脑网络机制
在国家自然科学基金项目（批准号：82021004）等资助下，北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室贺永教授、赵腾达博士团队及其合作者在儿童青少年大脑皮层形态发育的理论模型研究方面取得进展。研究成果以“脑结构连接组对儿童青少年大脑皮层形态发育的约束机制（Structural connectome architecture shapes the maturation of cortical morphology from childhood to adolescence）”为题，于2024年1月26日在《自然•通讯》（Nature Communications）杂志发表，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-44863-6。
从儿童期到青春期，人类大脑皮层的形态经历了复杂的发育过程，初级皮层和联合皮层呈现出不同的发育轨迹。研究表明，大脑皮层形态的发育与突触修剪密切相关，且受到遗传、环境等多个因素的影响。白质连接网络作为人脑的关键解剖结构，其如何约束大脑皮层形态的发育过程，是脑科学领域的重要难题。阐明人类大脑皮层形态发育的脑网络机制，对发展脑智发育的基础理论和建立相关的评估方法具有重要价值。
研究团队采用“学龄儿童脑发育与学校适应”北京队列（包含6-14岁的314名健康的儿童青少年）中的高分辨率脑结构影像获取了每个个体的大脑皮层厚度数据，采用弥散磁共振成像重建了脑白质结构连接网络。研究发现在儿童-青少年转变期，全脑皮层厚度变薄，主要发生在双侧额顶联合皮层区域，且皮层厚度的成熟度与其存在白质连接的节点皮层厚度成熟度高度关联。通过采用随机游走采样方法，团队提出基于多阶扩散路径的脑形态发育原创理论模型，发现脑节点的结构连边扩散特征可在多邻域尺度下预测皮层厚度的成熟度，其中额顶区占主导地位，且与轴突、树突、髓鞘等微观结构发育相关的基因表达存在显著关联（图）。最后，团队采用来自美国“人脑连接组生命周期发展计划”的公开独立数据集，验证了结果的可重复性。
这项工作建立了基于脑网络扩散约束机理的脑形态发育创新理论，阐明了儿童青少年大脑皮层形态发育的脑网络机制，为探索脑智发育的基本规律和脑发育性疾病的影像学评估提供了理论和方法基础。