劍橋大學的神經科學家報告說，人類大腦從早期發育轉向晚期衰老會經歷五個“關鍵時期”。每個階段都反映了當我們成長、成熟並最終經歷與年齡相關的衰退時，大腦如何支持不同的思維、學習和行為方式。
劍橋 MRC 認知和腦科學部門的一個團隊分析了 3,802 人的擴散 MRI 掃描，其中包括新生兒到 90 歲的老人。這些掃描跟踪水通過腦組織的運動。這使得研究人員能夠繪製連接一個區域到另一個區域的網絡圖。
他們的研究結果發表在 自然交流它表明大腦結構的進展分為五個主要階段。四個關鍵的“臨界點”將這些階段劃分為大腦進行有意義的重組的年齡。
童年、青春期以及通往成年的緩慢道路
第一個時期從出生到九歲。這是通往青春期的重要轉折時期。這群少年的堅持時間比預想的要長得多。這種情況一直持續到平均年齡約為 32 歲。
到了 30 歲出頭，大腦的線路已經變成了成年人的樣子。這是最長的一個時代，持續了三十多年。第三個轉折點是66歲左右，被認為是“早期衰老”階段的開始，而最終的“晚期衰老”階段發生在83歲左右。
“我們知道大腦的連接對我們的發育很重要。但我們缺乏對它如何在我們的生活中發生變化以及原因的全面了解，”領導這項研究的蓋茨劍橋學者 Alexa Mousley 博士說。 “這項研究首次確定了人類一生中大腦連接的關鍵階段。”
“這些時代為我們的大腦在生命的不同階段可能最擅長或更容易受到的影響提供了重要的背景。它可以幫助我們理解為什麼有些大腦在生命的關鍵時刻會有不同的發育。無論是童年的學習困難還是晚年的癡呆症。”
早期大腦成熟：突觸、整合和快速重塑。
從童年到童年 大腦是由“網絡整合”塑造的 嬰兒形成了大量的突觸。這是神經細胞相互交流的地方。隨著時間的推移，僅保留最活躍的連接。而其餘的則被消除。
在此期間，整個大腦遵循一致的重新佈線模式。灰質和白質生長迅速。通過將腦膜的厚度（外部灰質和內部白質之間的距離）推至最高點，大腦皮層的褶皺也變得穩定。它形成了外表面上看到的脊。
九歲時，大腦經歷了第一個重要的轉折點。在這個年齡段，認知能力迅速增強。但患某些心理健康問題的風險也較高。
青少年：效率提高，大腦網絡更有組織。
第二代是青春期。特點是白質不斷生長。隨著這些路由的擴展，通信網絡的組織也變得更加精細。 MRI 擴散掃描顯示組織中水的運動更加有序。它反映了一種更牢固、更和諧的聯繫。
這一時期值得注意的是各個區域和整個大腦的信號運動效率的提高。這些改進與認知能力的提高有關。
“神經系統的表現正如你可以想像的那樣。通過一條短路線連接起來。而青少年時期是這種效率唯一提高的時期，”穆斯利說。
這些變化在 30 歲出頭達到頂峰，研究人員將其描述為整個一生中“最強的拓撲轉折點”
“與所有其他轉折點相比，在 32 歲時，我們看到了電線方向的最大變化，以及整體軌蹟的最大變化，”穆斯利說。 “而青春期是明確的開始。但青春期的結束更難以科學地確定。僅從神經系統的結構來看，我們發現類似青春期的大腦結構變化在三十歲出頭就停止了。”
成熟度：穩定性和逐漸碎片化
32歲左右，成年期開始了。與生命的前幾個階段相比，這個階段相對穩定，大約三十年沒有出現額外的重大轉折點。研究人員表示，這與其他研究中描述的“智力和人格高原”一致
他們還注意到這一時期“隔離”有所增加。這意味著大腦的各個部分開始以不同且更專業的方式發揮作用
下一個轉折點在 66 歲左右，情況要微妙得多。雖然這並不涉及劇烈的結構性變化。但團隊繼續注意到網絡組織中有意義的變化。
“數據表明，大腦網絡的逐漸重組在 60 年代中期達到頂峰，”莫斯利說。 “這可能與衰老有關。隨著白質開始惡化，連通性降低。在這個時代，人們面臨各種健康狀況的風險增加。這可能會影響大腦，例如高血壓。”
老齡化延遲：全球連通性和區域依賴性下降
最後的轉折點出現在 83 歲左右，標誌著最後一個大腦結構時代的開始。雖然這個階段的數據量有限。但研究人員發現了一個清晰的模式。大腦的全局連接較少，更依賴於特定區域。
“回想起來，我們很多人都覺得自己的人生有不同的階段。事實證明，大腦也經歷了這些年齡，”資深作者鄧肯·阿斯特爾教授說。劍橋大學神經信息學教授說。
“許多神經發育、心理健康和神經系統疾病都與大腦的連接方式有關。事實上，大腦線路的差異預示著一系列不同的注意力、語言、記憶和行為問題。”
“了解大腦的結構旅程並不是一個穩步進展的問題。但它是為數不多的重大轉折點之一。它將幫助我們識別大腦的線路何時以及如何面臨中斷的風險。”
這項研究得到了醫學研究委員會、蓋茨基金會和鄧普頓世界慈善基金會的支持。
