大脑

介绍

童年是大脑经历重大变化的时期。直觉上，许多人认为大脑的发育是随着年龄的增长而线性增长的。然而，事实并非如此。大脑发育包括不同大脑区域的个体发展轨迹，随着时间的推移，其大小会增加或减少。例如，皮质灰质的体积通常在青春期达到峰值，而白质的体积在这一时期继续呈线性增长。皮质层厚度峰值出现的年龄各不相同大脑皮层区域支持主要功能，如运动和感觉系统，成熟第一和高级联想区域，如前额叶皮层成熟。¹皮质下结构过去的比皮质更古老的大脑也显示出不同的发展轨迹。例如，纹状体在儿童期中期表现出峰值音量。²磁共振成像(MRI)缺乏空间分辨率来告诉我们这些体积变化的细胞基础是什么，但一些人推测它们可能反映了神经层面的事件，例如大脑区域之间连接数量的增加以及未充分利用的连接和神经细胞的修剪。^3.

为了理解大脑成熟在行为发育中的作用，将这些解剖变化与行为变化联系起来是关键。例如，纹状体的峰值体积可能与运动学习的敏感期有关，因为这些敏感期也发生在儿童中期。²大脑和行为成熟之间的这种时间上的巧合，使得人们很容易得出这样的结论:大脑和行为发展之间存在因果关系。这些结论得到了关于大脑发育变化和认知测量之间相关性的报告的支持，这些相关性在每个个体中都存在。例如，索厄尔和他的同事⁴显示了前额叶结构成熟和记忆功能之间的联系。在前额叶体积和行为控制之间也有类似的联系。⁵虽然这些研究确实表明，大脑发育期间的功能变化反映在解剖学上的变化，但它们没有告诉我们这种关系的方向性或因果关系。是什么推动了大脑结构和功能之间的关联?除了使用核磁共振成像来研究大脑结构，功能磁共振成像(fMRI)现在有技术可以让研究人员在认知任务或休息时研究大脑活动。活动通常通过对比基线条件和感兴趣的任务条件来评估。

主题

理解大脑发育，特别是其与行为发育的关系，对于限制我们理解儿童在不同发育阶段的能力非常重要。例如，前额叶皮质的长期发育与行为控制的相对长期发展有关而纹状体皮层下区域成熟更快。这可能与青春期的冲动和寻求奖励行为有关。⁶此外，了解典型的大脑发育与了解儿童典型神经精神障碍(如注意缺陷多动障碍(ADHD))的发育变化有关。在这里，成像研究一直表明，认知的变化与前额皮质的体积和活动的变化有关，与行为控制的发展不良有关。⁷此外，也有研究表明，在一些受影响的个体中，ADHD症状随着发育的减弱可能与关键区域皮层发育的正常化有关。⁸

问题

也许研究大脑发育的最大挑战是找出驱动它的因素。虽然环境因素(如学习和经验)与大脑结构和功能的变化之间显然存在相互作用，但很难将这些相互作用区分开来。这代表了一个经典的鸡和蛋的问题:是大脑成熟支持行为发展，还是大脑在累积行为经验的影响下成熟。目前，大多数调查人员可能会认为两者都有。然而，为了能够提供一个全面的答案并理解其中的作用机制，我们需要梳理这些过程。

研究背景

世界范围内的几个研究小组正在解决这个问题，通常使用非侵入性成像技术，如核磁共振成像。这项技术可以用来生成大脑的结构图像，用于解剖学研究，从而可以评估大脑区域的大小或形状。在功能磁共振成像中，血液氧合水平被评估，允许在体内测量大脑活动。一种相对较新的磁共振技术正在得到越来越多的应用扩散张量成像（DTI）这项技术可以根据水在大脑中的扩散特性来检测白质微观结构的变化。⁹这三种MR技术都特别适合于研究大脑的发育和/或经验的影响，因为它们是非侵入性的。个体可以在几天或几年的时间内被反复扫描，从而跟踪大脑随时间的变化。

主要研究问题

这一领域的关键研究问题是，经验和大脑成熟如何在驱动行为发展方面相互作用。

近期研究成果

Galvan及其同事举了一个例子，说明了成像技术如何将大脑成熟与发育中的行为联系起来。他们采用一种相关的方法，利用功能成像研究青少年的奖赏寻求行为。纹状体的结构支持了这种行为（尤其是纹状体）伏隔核)，由自上而下的前额系统控制。纹状体在系统发育上更老，在7岁左右出现发育高峰，而前额叶皮层发育相对较晚，在青春期末/成年早期出现发育高峰。在青少年中，较早成熟的纹状体显示出一种类似于成年人的激活模式，而较晚成熟的前额叶区域看起来更像儿童，这表明，在青少年中，寻求奖励行为的增加与主导这种行为的区域的不同发展轨迹有关。¹⁰虽然这个例子告诉我们大脑和行为是如何一起成熟的，但它还没有解决经验是如何在这些过程中发挥作用的。

克林伯格最近举了一个例子，说明经验驱动学习对成年期的影响。工作记忆是由额顶叶皮质网．¹¹最近，这些作者表明̶除了皮质结构的变化̶工作记忆训练与分子水平的变化有关:训练改变了多巴胺(一种调节工作记忆的神经递质)与关键皮质区域受体的结合。¹²这些发现是令人兴奋的，因为它们有希望告诉我们，使用MRI观察到的解剖层面的变化是如何在分子层面得到支持的。然而，在研究这些效应之前，还需要进一步的技术进步:多巴胺受体尚不能使用MR技术可视化。因此，像这样的研究是利用放射性的配体(在这种情况下，它与相关的多巴胺受体结合)，这意味着它们不能用于儿童，在给定的时间框架内收集的扫描数量是有限的。

研究差距

大脑和行为发展之间的相互作用是一个有趣的话题，近年来已经取得了很大的进展。然而，这项工作的大部分是基于不同年龄的个体的横断面比较。尽管世界范围内的一些综合研究正在解决这一问题，但针对个体大脑变化的纵向成像研究相对缺乏¹³进行审查）。一个例外是Giedd、Rapoport和国家心理健康研究所的同事们的工作。该小组收集了数千张典型和非典型发育儿童和青少年的纵向解剖MRI扫描。¹⁴此外，在成人经验驱动的大脑变化方面也取得了重大进展。然而，在发育中儿童的训练研究中，利用成像技术直接解决经验和大脑成熟之间的相互作用的工作相对较少。

结论

在大脑发育中，经验驱动的变化和成熟的变化之间的相互作用是复杂的。大脑成熟的特点是既有进行性的，也有退行性的，这些变化与行为水平的变化有关。然而，到目前为止，这些关系通常使用相关性进行分类。虽然这可以间接地告诉我们大脑和行为之间的关系，但它没有提供这些关系的方向性信息:是大脑成熟驱动行为发展，还是相反?还是更复杂，彼此推动?虽然对同一个人的儿童大脑发育进行调查的倡议正在进行中，但很少有研究涉及到经验对这些变化的影响。因此，我们对这些发展的各个方面之间的关系的理解仍然不完全。

对家长、服务和政策的影响

大脑发育是一个持续的过程，贯穿整个儿童和青少年时期。这可能是由先天因素和经验驱动的。此外，情况似乎也恰恰相反：大脑的成熟驱动着经验，以及经验对发育中的孩子的影响。然而，发生这种情况的机制尚未完全理解。也无法确定它们是否在所有发展阶段都同样适用。使用神经成像技术的研究工作正在解决典型和非典型人群的大脑发育轨迹。同样，对成人样本的研究也在探讨经验如何塑造大脑。然而，研究发育过程中经验对大脑成熟的影响以及发育过程中经验对大脑成熟的影响的工作仍然很少。这一点的一个重要含义是，应该谨慎看待成人工作和典型大脑成熟的概括，因为这个问题的全部复杂性尚不清楚。

参考文献

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