研究发现，青少年时期控制自我的神经回路发生了变化

人类的大脑被组织成回路，从童年发展到成年，以支持执行功能——批判性行为，如自我控制、决策和复杂的思考。这些回路由协调认知所需的大脑活动的白质通路固定。然而，很少有研究能够解释白质是如何在青春期成熟，从而支持提高执行功能的活动的，而青春期是大脑快速发育的时期。

宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院和费城儿童医院的研究人员应用网络科学的工具来识别大脑的解剖连接是如何发展的，以支持这些关键区域的神经活动。研究结果发表在《科学》杂志上美国国家科学院院刊。

“通过绘制儿童期和青春期大脑发育的图表，我们可以更好地理解大脑是如何支持执行功能的自我控制该研究的资深作者Theodore Satterthwaite医学博士说，他是宾夕法尼亚大学精神病学助理教授。“由于发育中的大脑连接异常和执行功能的缺陷往往与青少年时期出现的精神疾病有关，我们的发现可能有助于识别这些疾病的生物标志物。大脑发育它可以预测以后生活中的认知和临床结果。”

在这项研究中，研究人员绘制了结构-功能耦合——大脑区域的解剖连接模式支持同步神经活动的程度。这可以被看作是一条高速公路，解剖连接是道路，功能连接是沿着这些道路流动的交通。研究人员绘制并分析了727名年龄在8岁至23岁的参与者的多模态神经成像数据，得出了三个主要发现。

首先，研究小组发现，结构-功能耦合的区域可变性与特定大脑区域负责的功能的复杂性成反比。在大脑中专门处理简单感官信息的部分，如视觉系统，发现了更高层次的结构-功能耦合。相比之下，大脑中负责执行功能和自我控制的复杂部分的结构-功能耦合较低，这需要更抽象和灵活的处理。

结果显示，在灵长类进化过程中，结构-功能耦合也与已知的大脑扩张模式一致。先前对人类、猿和猴子大脑进行比较的研究表明，灵长目动物的视觉系统等感官区域高度保守，在最近的进化过程中并没有扩大多少。相比之下，大脑的关联区域，如前额叶皮层，在灵长类进化过程中急剧扩张。这种扩展可能为人类独特的复杂认知能力的出现提供了条件。研究小组发现，在进化过程中迅速扩张的大脑区域具有较低的结构-功能耦合，而在最近的进化中被保留的简单感觉区域具有较高的结构-功能耦合。

研究人员还发现，在整个童年和青少年时期，复杂的额叶大脑区域的结构-功能耦合增加。这些区域往往具有较低的基础结构-功能耦合，与猴子相比扩展，负责自我控制。这些区域的结构-功能耦合的长时间发展可能允许提高执行功能和自我控制发展到成年。事实上，研究小组发现，在侧前额叶皮质——一个在自我控制中扮演重要角色的复杂大脑区域——中，更高的结构-功能耦合与更好的执行功能相关。

“这些结果表明，像冲动控制这样的执行功能——这对儿童和青少年来说尤其具有挑战性——部分依赖于结构-功能耦合在复杂的大脑区域(比如大脑皮层)的长期发展。前额叶皮层该研究的主要作者、哈佛大学博士后格雷厄姆·鲍姆(Graham Baum)解释说，他在研究期间是宾夕法尼亚大学的神经科学博士生。这对于理解如何进行有重要意义大脑在开发过程中，回路变得专业化，以支持灵活和适当的目标导向行为。”

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