科研进展
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  • 实验室发表关于儿童青少年脑默认网络发育的论文
     
          2020年11月19日,国际著名神经影像学杂志《NeuroImage》在线发表认知神经科学与学习国家重点实验室研究论文“Development of the Default-Mode Network during Childhood and Adolescence: A Longitudinal Resting-State fMRI Study”。该研究采用功能磁共振纵向扫描设计和基于图论的网络分析方法,系统揭示了儿童青少年在6-14岁期间的脑默认网络发育轨迹。


          默认网络是人脑最为核心的功能系统之一。默认网络的节点主要包括后扣带回/楔前叶、内侧前额叶、顶下小叶、颞叶外侧皮层以及海马等区域。这些脑区在主动注意相关任务中呈现负激活,而在自传体记忆、情景记忆、展望未来和社会推断等内在心理过程时呈现正激活。儿童青少年时期,个体的认知、情感和社会能力迅速发展,同时伴随脑结构和功能的快速发育。鉴于人脑默认网络与内在心理过程以及社会功能密切相关,探索儿童青少年时期脑默认网络的发育轨迹对于理解个体认知发展的神经机制具有重要价值。

          该研究基于认知神经科学与学习国家重点实验室与北京大学、北京回龙观医院合作建立的“学龄儿童脑发育与学校适应”北京队列数据中305名健康儿童(基线年龄:6-12岁,间隔1年随访)的纵向静息态功能磁共振影像数据,采用团队前期绘制的中国儿童青少年脑发育模板图谱(Zhao et al 2019)和基于图论的脑网络分析方法,从连接、全局和脑区水平系统刻画了默认网络功能组织模式在儿童青少年期的发育轨迹。同时,为了与成人进行横向比较,研究还纳入61名年轻健康成人(18-28岁)的影像数据。研究发现,在儿童青少年时期,默认网络在连接、全局和脑区水平的拓扑属性发育均遵循线性模型。在连接水平,默认网络连接强度随年龄显著增强,其空间模式逐渐趋于健康成年人(图1)。随年龄显著增强的连接主要位于中线脑结构之间,随年龄显著减弱的连接主要位于颞顶联合区与双侧海马。在全局水平,默认网络内全局和局部效率均随年龄显著增加,表明该网络信息整合能力和容错能力在发育过程中显著提高。在节点水平,各脑区连接数目(即中心度)的发育速率呈现空间异质性,其中位于中线的内侧额顶区域发育最为显著(图2)。根据脑区中心度发育速率的异质性,研究发现默认网络可划分为三个子系统,反映发育进程中默认网络内部呈现出功能分化(图3)。该研究采用纵向发育数据,系统揭示了人脑默认网络功能架构在儿童青少年时期的关键发育规律,对于理解个体认知发展的神经机制具有重要启发,对于探索发育障碍的脑网络受损机制和临床评估具有重要参考。

          该论文第一作者为博士生范丰梅,通讯作者为贺永教授、陶沙教授和廖旭红副教授。论文合作者包括来自北京大学的高家红教授团队、北京回龙观医院的谭淑平教授团队以及北京师范大学的多位老师和研究生。该研究得到了国家自然科学基金创新研究群体和国际合作重点项目、教育部长江学者特聘教授基金、北京市脑计划等项目的资助。
     
     
    图1. 6-14岁儿童青少年默认网络功能连接的发育
     
     
    图2. 儿童青少年默认网络脑区中心度随年龄的发育
      
     
    图3. 基于默认网络脑区中心度发育速率的异质性,采用聚类分析识别默认网络三个子系统

     
    贺永课题组主页:
    http://helab.bnu.edu.cn/
     
    参考文献:
    Fan F, Liao X, Lei T, Zhao T, Xia M, Men M, Wang Y, Hu M, Liu J, Qin S, Tan S, Gao J, Dong Q, Tao S, He Y (2020) Development of the default-mode network during childhood and adolescence: a longitudinal resting-state fMRI study. NeuroImage, doi: https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2020.117581
     
    Zhao T, Liao X, Fonov V, Wang Q, Men W, Wang Y, Qin S, Tan S, Gao J, Evans A, Tao S, Dong Q, He Y (2019) Unbiased age-specific structural brain atlases for Chinese pediatric population. NeuroImage 189:55-70.