大脑在9岁、32岁、66岁和83岁发生四次巨变

剑桥大学的神经科学家团队确定了人类一生中大脑结构经历的五个重大转折阶段。

人从出生开始就一直成长、成熟和衰老，此过程伴随大脑的不断重塑、适应各种思维模式，而这五大阶段就是大脑重塑的五个关键时期。

新研究刊载于《自然-通讯》杂志。作者团队通过分析磁共振弥散成像数据集，对比了3802名0至90岁受试者的大脑结构。磁共振弥散成像技术(dMRI)能追踪脑组织内水分子沿神经纤维的运动轨迹，从而揭示大脑白质的网络通路，绘制神经连接图谱。

团队发现：从出生到死亡，人类大脑会经历五个主要阶段，五段时期由四次代表大脑结构重塑的转折分隔。如下图所示。

四个转折点出现于：9岁、32岁、66岁和83岁

每个阶段都有其独特的大脑结构特征，可通过三个维度体现——

• 整合性(integration)，即大脑的信息传递效率；

• 分离性(segregation)，即神经子网络专业化程度；

• 中心性(centrality)，即特定节点之于系统的重要性。

论文作者之一、神经科学家亚历克莎·穆斯利(Alexa Mousley)表示：“我们已知神经连接对大脑发育至关重要，但始终缺乏关于其生命周期变化规律及成因的全面认知。此项工作首次明确了人类全生命周期里神经连接的主要阶段划分。这些关键时期为我们理解大脑在不同人生阶段最擅长什么、更易受损于什么提供了重要背景，有助于探究为何有些大脑在关键节点出现异常——无论是儿童期的学习障碍，还是老年期的痴呆症。”

本图代表性地展示了人类大脑各时期白质纤维束的dMRI成像图

0 – 9 岁 | 

婴幼儿至儿童期：神经网络的“大建大拆”

从出生到大约9岁，这是我们大脑超速运转的阶段。

万亿突触竞争求存，白质神经束飞快扩张。最活跃的突触得以保留，其他许多形成于婴儿时期的突触则逐渐退化。令人惊讶的是，该时期大脑的全局效率，即在远距离脑区间快速传递信息的能力，反倒下降了。

研究团队指出：“儿童阶段的拓扑特征最显著体现于相邻神经节点间的互连程度上。”

儿童期大脑

儿童期的突触修剪现象，可呼应父母从年幼子女行为中观察到的特征，包括专注力高度集中、学习能力极强以及情绪波动剧烈。当然，随着青春期荷尔蒙浪潮在9岁左右启动，大脑结构也就此首度迎来大转折——从构建局部神经集群转向加强全局整合能力。

9 – 32 岁 | 

青少年至成年早期：神经连接优化至巅峰

从9岁到32岁，也就是青少年至成年早期这一阶段，大脑能迅猛地优化神经连接。

其显著特征是全局整合性增强，与此同时全局分离性减弱，局部专业化程度提升。用穆斯利的话说：“首次转折点之后，大脑猛然提升连接效率——神经通路缩短，信息传递更加迅速。”简而言之，该阶段内大脑在多任务处理和专业化分工两方面的能力都显著进阶。

青春期大脑

而这段优化之旅会于大约32岁，也就是人生第二大转折点处达到顶峰、停止增长。此转折被研究团队认为是最极致的剧变。之后全局效率不再提升，大脑结构趋于稳定，认知表现和人格特质也进入稳态(与其他观察结果相符)，成人模式正式确立。此外，大脑的功能分区化特征更为显著。

穆斯利指出：“虽然青春期起点明确，但科学上很难界定其终点。仅就神经结构而言，我们发现类似青春期的大脑结构变化会持续到三十出头。”

32 – 66 岁 | 

成年期：从全局整合到区域分化

32～66岁的成年期对应大脑的漫长稳定期。整合性逐渐减弱，分离性相应增强。研究团队指出，此阶段最显著的拓扑特征是“相邻脑区间的连接性增强”。

成年期的大脑

而在到达66岁左右的转折点后，之前积累的变化将引发新一轮转变，推动大脑进入老年初期阶段。白质开始变薄。神经网络“模块化”程度加深，这意味着各脑区越发自成体系，不同区域间的交流减少。

老年初期的大脑

穆斯利表示：“根据数据可推测，大脑网络的逐步重组过程于66岁左右达到临界点，这可能与衰老过程相关，随着白质开始退化，神经连接会进一步减少。”与此呼应的临床关联是痴呆症和高血压这两种损害大脑连接性的疾病风险上升。

83 岁 | 

最后的神经港湾

83岁是大脑的最终转折处，意味着老年晚期的到来。此后大脑将越发依赖少数几个枢纽区域承担重任。如穆斯利所言，老年晚期大脑用于维持神经连接的资源减少，因此更依赖特定区域充当连接枢纽。

网络科学有一个所谓“子图中心性”(subgraph centrality)的概念，用以衡量网络中节点重要性。穆斯利等人通过该指标确定了大脑信息网络的核心枢纽——原来老年晚期大脑只有枕回和中央后回等少数脑区还保持较强连接性。

老年晚期的大脑

另一位研究作者邓肯·阿斯特尔(Duncan Astle)表示，大脑的转折点可以折射人类生命历程的深层规律。“不少人会觉得自己人生似乎由多个不同阶段构成。事实证明，大脑的确要经历转折分明的不同时期。”

阿斯特尔还指出，新研究进一步证实了心理疾病、学习障碍和痴呆症的确高发于神经重组的关键阶段。我们已知诸多神经发育障碍、心理问题及神经系统疾病都与大脑连接方式相关，在此基础上，更深入理解大脑结构演变非匀速、有转折、分阶段的特点，将帮助我们识别：神经连接更容易于何时、以何方式受到干扰。