幼儿的认知能力与婴儿期大脑控制程度有关

在一项新的研究中，耶鲁大学的研究人员研究了婴儿的大脑如何工作和随时间变化，以及这些过程如何被早产破坏。研究人员表示，这些发现可能为纠正神经发育障碍中出错的发育轨迹提供治疗方法。

该研究发表在《自然通讯》上。

在这项研究中，研究人员有兴趣探索婴儿大脑控制大脑区域网络的能力，以及生命早期的控制是否可能与随着年龄增长的认知能力有关。

但与青少年或成年人不同的是，婴儿或成年人面临着特殊的挑战，青少年或成年人的大脑功能可以通过执行某种认知任务来研究。

“例如，对于婴儿，我们不能要求他们做数学之类的事情，”该研究的主要作者、博士生Huili Sun说。耶鲁大学医学院放射学和生物医学成像副教授达斯汀·沙伊诺斯特 (Dustin Scheinost)实验室的候选人。“所以我们必须变得更有创意。”

孙和她的同事使用了人类连接组开发项目收集的数据，该项目是一项位于英国的大型婴儿大脑发育研究。他们包括 448 名足月婴儿和 73 名早产儿的 MRI 脑部扫描。通过这些扫描，研究人员构建了结构连接组(即大脑区域及其之间的连接图)，并根据婴儿的大脑结构模拟了大脑网络的激活。然后他们计算了这些网络激活所需的控制能量。

“你可以把每个大脑区域想象成一个发电站，而区域之间的连接就像连接发电站的电线，”孙说。“大脑控制本质上是对发电站之间能量流动的调节。”

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，从抓握等运动行为过渡到聆听等感觉行为，这些行为使用相似的大脑回路。另一个是模态可控性，包括大脑导航更不同的大脑状态的能力，例如在复杂的认知功能之间：例如决策和注意力。

研究表明，对于足月儿和早产儿，平均可控性的发展早于模式可控性——早在妊娠晚期。

研究人员说，这符合对新生儿发育的了解。在这么小的年纪，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，并且优先考虑平均可控性或在相似状态之间切换是有益的。新生儿支持复杂认知功能的大脑网络尚未发育，因此对高模态可控性的需求较少。

虽然足月儿和早产儿具有相似的可控性模式，但两组之间各个大脑区域的可控性程度不同。许多可控性差异最大的大脑区域是早产儿中观察到的已知缺陷的区域，包括与语言发育和社会处理相关的大脑区域。

然而，研究人员还发现，早产儿能够“赶上”足月出生的同龄人，在生命的最初几个月表现出区域可控性的更快发展。

“也许最有趣的是，对于所有婴儿来说，出生时大脑区域的可控性越高，随着时间的推移，它的发育速度就越快，”孙说。“出生时可控性较强的婴儿在 18 个月大时往往具有更强的认知能力。”

研究人员表示，最终，这些发现为大脑在生命早期的功能提供了新的见解，并可能为纠正受神经发育障碍影响的发育轨迹提供治疗选择。

“在成年人中，深部脑刺激和经颅磁刺激已被用来激活或停用特定的大脑区域，”孙说。“这种方法对于婴儿来说还很遥远，但它是未来的一个潜在方向。”