根据一项新的宾夕法尼亚大学医学研究，大脑发育并不是在整个大脑中均匀发生，而是遵循新确定的发育顺序。支持认知、社交和情感功能的大脑区域似乎比其他大脑区域保持可塑性(或能够改变、适应和重塑)的时间更长，从而使青少年在整个青春期对社会经济环境敏感。该研究结果最近发表在《自然神经科学》杂志上。
研究人员使用磁共振成像(MRI)描绘了8岁至23岁期间人类大脑的发育过程是如何展开的。这些发现表明了一种新的方法来理解各个大脑区域在发育过程中表现出可塑性降低的顺序。
大脑可塑性是指神经回路(大脑中思想、情感和运动的连接和通路)响应内部生物信号或外部环境而改变或重组的能力。虽然人们普遍认为儿童的大脑可塑性高于成人，但这项研究为了解整个童年和青春期大脑可塑性降低的位置和时间提供了新的见解。
研究结果表明，大脑可塑性的降低最早出现在“感觉运动”区域，例如视觉和听觉区域，而后出现在“联想”区域，例如涉及高阶思维(解决问题和社会学习)的区域.因此，支持执行、社交和情感功能的大脑区域在青春期早期似乎特别具有可塑性和对环境的反应，因为可塑性发生在发育后期。
“研究活人脑的大脑发育具有挑战性。许多神经科学家对发育过程中大脑可塑性的理解实际上来自对啮齿动物进行的研究。但啮齿动物的大脑并没有我们所说的许多人类关联区域大脑，所以我们对这些重要区域的发展知之甚少，”通讯作者TheodoreD.Satterthwaite医学博士说，他是宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院麦克卢尔精神病学副教授，也是宾夕法尼亚大学寿命信息学和神经影像学中心(PennLINC)。
为应对这一挑战，研究人员专注于将以往啮齿动物研究的见解与青年MRI成像见解进行比较。先前的研究检查了神经回路在可塑性时的行为，发现大脑可塑性与“内在”大脑活动的独特模式有关。
内在活动是大脑的一部分在休息时发生的神经活动，或者没有受到外部刺激或心理任务的影响。当大脑区域欠发达且更具可塑性时，该区域内往往会有更多的内在活动，并且该活动也往往更加同步。这是因为该区域有更多的神经元处于活动状态，并且它们往往同时处于活动状态。结果，大脑活动波的测量显示振幅(或高度)增加。
“想象一下，大脑某个区域内的单个神经元就像管弦乐队中的乐器。随着越来越多的乐器开始同步演奏，管弦乐队的音量会增加，声波的振幅也会越来越高，”第一作者说ValerieSydnor，神经科学博士学生。
“就像分贝计可以测量声波的振幅一样，内在大脑活动的振幅可以用功能性MRI测量，而孩子们只是在扫描仪中休息。这使我们的团队能够安全地研究大脑可塑性的功能标记，而不是-在青年时期侵入。”
这组作者分析了1,000多人的MRI扫描结果，发现大脑可塑性的功能标记在儿童早期感觉运动区域下降，但直到青春期中期联想区域才下降。
“这些发展缓慢的联想区域也是那些对儿童的认知能力、社交互动和情绪健康至关重要的区域，”Satterthwaite补充道。“我们真正开始了解人类长期发展计划的独特性。”
“如果一个大脑区域保持更长时间的可塑性，它也可能对环境影响保持敏感，以获得更长的发育窗口，”Sydnor说。“这项研究为此找到了证据。”
作者研究了年轻人的社会经济环境与相同的可塑性功能标记之间的关系。他们发现，环境对大脑的影响在各个区域并不统一，在整个发育过程中也不是一成不变的。相反，环境对大脑的影响随着确定的发育顺序的进展而改变。
至关重要的是，青少年的社会经济环境通常对晚熟联想大脑区域的大脑发育有更大的影响，而且这种影响被发现在青春期最大。
“这项工作为了解环境如何影响青少年时期的神经发育轨迹奠定了基础，”PennLINC博士后研究员兼合著者BartLarsen博士说。
Sydnor阐述道，“希望研究发育可塑性将帮助我们了解环境丰富计划何时会对每个孩子的神经发育轨迹产生有益影响。我们的研究结果支持旨在减轻青少年社会经济环境差异的计划对大脑发育仍然很重要整个青春期。”