贺永团队揭示儿童青少年脑连接组梯度的发育规律及其分子机制 | Science Bulletin

人脑功能组织具有层级化加工模式，支持了从初级感知觉信息到复杂抽象认知的信息编码过程。研究表明，健康成年人脑功能网络的首要层级结构呈现从初级皮层到联合皮层渐变的梯度模式，并且与个体的认知功能、精神疾病的临床症状具有紧密关系。然而，脑功能网络梯度结构如何发育并支撑认知功能发展，及其是否具有微观基因表达基础并不清楚。

近日，北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室贺永课题组在Science Bulletin发表了题为“Development of functional connectome gradients during childhood and adolescence”的研究论文，揭示了儿童青少年在6-14岁宏观脑功能连接组梯度发育及其与认知发展、微观基因表达的关联规律。

该论文基于305名健康儿童青少年的静息态功能磁共振影像和认知发展纵向数据以及美国艾伦脑科学研究所的人类基因表达谱公开数据库，发现初级皮层-联合皮层梯度模式在儿童早期（<8.5岁）已成为次级梯度，经过儿童后期阶段（8.5-11岁）的过渡，在青少年早期阶段（>11岁）上升为首要梯度；初级皮层-联合皮层梯度的全局指标（梯度解释率、梯度范围、梯度变异性）随年龄增大显著增加，局部梯度分数的发育变化主要涉及到感觉运动系统和默认网络系统；连接梯度的发育与高级认知能力相关，特别是与个体工作记忆能力的发展显著正相关，而且连接梯度的发育受到脑功能网络分化和整合的显著中介调控；最后，脑连接组-转录组联合分析揭示了局部梯度分数的发育模式与调控化学突触传递相关的基因表达具有显著关联。

儿童青少年时期脑功能初级皮层-联合皮层梯度随年龄增长的显著变化

该研究综合采用脑影像-认知发展-基因表达多模态跨尺度纵向和横向数据，阐释了儿童青少年时期人脑功能连接组核心梯度的发育规律及其潜在的分子基础，对于理解学龄儿童脑智发育的机制和探索脑发育性障碍的临床评估方法具有重要价值。

北京师范大学博士生夏云曼和夏明睿副教授为该文章的共同第一作者，贺永教授为通讯作者。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董奇教授、陶沙教授、龚高浪教授、秦绍正教授、廖旭红副教授等作为论文的合作者。该研究得到了国家自然科学基金创新研究群体和重点项目、科技部重点研发课题、北京市脑计划等项目的资助。

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Xia Y, Xia M, Liu J, Liao X, Lei T, Liang X, Zhao T, Shi Z, Sun L, Chen X, Men W, Wang Y, Pan Z, Luo J, Peng S, Chen M, Hao L, Tan S, Gao J, Qin S, Gong G, Tao S, Dong Q, He Y. 2022. Development of functional connectome gradients during childhood and adolescence. Science Bulletin. https://doi10.1016/j.scib.2022.01.002