牛海晶课题组在Cortex发表研究，揭示3-9个月婴儿大脑功能网络偏侧化发育轨迹
北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室牛海晶课题组在Cortex期刊在线发表题为“Development and Emergence of Functional Network Asymmetry in 3-to 9-Month-old Infants”的研究论文。该论文采用近红外脑功能成像技术（Functional near-infrared spectroscopy，fNIRS）对3~9个月婴儿大脑功能网络偏侧化进行研究，揭示了大脑功能网络偏侧化在生命早期的发育变化模式。
人类大脑左右半球在结构和功能上具有不对称性，通常称作偏侧化。偏侧化是人类大脑的基本特征，可看作人脑发育的重要生物学标记物。我们的早期研究表明儿童时期大脑功能网络已经具有类似成人的“小世界”和模块化特性（Cai et .al, 2018），并且左右半球也表现出明显的偏侧化现象（Cai et .al, 2019）。但是，这种大脑功能网络偏侧化在什么时候出现以及在生命早期如何发展一直是人们感兴趣的重要科学问题。
为了探究上述问题，我们采用便携式fNIRS成像（图1）收集了66名3~9月龄（其中3 ~ 6个月婴儿35名，6 ~ 9个月婴儿31名）健康婴儿静息状态下的大脑活动数据，并采用图论分析方法重点分析了受试者左右半球大脑功能网络的拓扑效率特征。研究发现：（1）3~6月龄婴儿左半球局部信息处理能力显著高于右半球，而6~9月龄婴儿左半球信息整合能力显著高于右半球（图2&3）；（2）在3~9个月发育过程中，信息整合能力的左向偏侧化程度随着发育显著增加，并且左半球增加速度大于右半球（图4）；(3) 在节点水平上，3~6月龄婴儿颞叶皮层功能连接强度表现出左向偏侧化，而6~9月龄婴儿在更广泛脑区（如颞叶、额叶和枕叶皮层）的功能连接强度(图5)以及节点效率(图6)上具有左向偏侧化。这些综合结果表明，功能网络偏侧化在婴儿早期（即3~9月）已经出现，并且随着婴儿期大脑发育，其功能网络偏侧化快速发展，这为日后婴幼儿语言发育及大脑特定认知功能(如社会认知)的快速发展奠定了重要的脑发育基础。
论文第一作者为课题组已毕业硕士研究生刘广芳、在读硕士生霍恩迪以及首都医科大学附属北京儿童医院刘海红教授，课题组郅应许、贾高鼎等在研究中做出了贡献，牛海晶为该论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金等项目的支持。另外，该研究工作被editor推荐为当期期刊提供封面。
图1： 近红外数据采集及全脑探头排布。
图2.左右半球网络效率比较（Eglob：全局效率，Eloc：局域效率）。3~6月龄婴儿左半球局域效率显著高于右半球，6~9月龄婴儿左半球全局效率显著高于右半球。该结果表明3~9月婴儿已经出现了大脑功能网络的不对称现象，但是不同发育时期婴儿脑网络不对称的拓扑特征表现不同。
图3.网络效率偏侧化的个体差异（Eglob：全局效率，Eloc：局域效率，AI: Asymmetry Index）。个体化分析结果显示，3~6月婴儿局域效率表现出显著左侧化，6~9月婴儿全局效率表现出显著左侧化。
图4.网络效率偏侧化在3~9月龄婴儿中的发展。全局效率左向偏侧化在3~9月婴儿发育过程中显著增加，并且左半球增加速度大于右半球，这表明婴儿早期发育过程中左半球信息整合能力较右半球发育更快，这种左半球信息整合能力的快速发展促使了半岁后婴儿大脑网络全局效率左侧化发育模式的增加。局域效率偏侧化在3~9月龄发育中没有显著改变。
图5. 左右半球功能连接强度偏侧化比较。3~6月龄婴儿颞叶皮层功能连接强度表现出左向偏侧化，6~9月龄婴儿颞叶、额叶和枕叶皮层功能连接强度表现出左向偏侧化。
图6. 左右半球节点效率比较及偏侧化发展。6~9月龄婴儿额叶皮层节点效率表现出左向偏侧化，随着发育节点效率偏侧化未发现显著变化。3~6月龄婴儿节点效率未发现明显偏侧化。图中红色节点表示校正后显著，黄色节点表示校正前显著。
论文：Guangfang Liua,1, Endi Huoa,1, Haihong Liub,1, Gaoding Jiaa, Yingxu Zhia, Qi Donga and Haijing Niua*. Development and emergence of functional network asymmetry in 3- to 9-month-old infants. Cortex, 2022.
论文网址：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0010945222001873
该研究是牛海晶课题组采用静息态fNIRS脑成像技术在前期儿童青少年脑发育研究工作基础上的扩展工作。
前期儿童青少年脑发育研究如下：
1) Lin Cai, Qi Dong, Haijing Niu*. (2018). The development of functional network organization in early childhood and early adolescence: A resting-state fNIRS study. Developmental Cognitive Neuroscience, 30, 223-235. doi:10.1016/j.dcn.2018.03.003
2) Lin Cai, Qi Dong, Mengjing Wang, Haijing Niu*. (2019). Functional near-infrared spectroscopy evidence for the development of topological asymmetry between hemispheric brain networks from childhood to adulthood. Neurophotonics, 6(2), 025005. doi:10.1117/1.NPh.6.2.025005 。该研究是Neurophotonics杂志10篇阅读量最多文章之一，显示在Neurophotonics杂志主界面：https://www.spiedigitallibrary.org/journals/neurophotonics。
3) Zhishan Hu, Guangfang Liu., Qi Dong, Haijing Niu*. (2020). Applications of Resting-State fNIRS in the Developing Brain: A Review From the Connectome Perspective. Frontiers in Neuroscience, 14, 476. doi:10.3389/fnins.2020.00476 （受邀发表静息态fNIRS儿童脑发育综述）
4) Mengjing Wang#, Zhishan Hu#, Lu Liu, Haimei Li, Qiujin Qian*, Haijing Niu*. (2020). Disrupted functional brain connectivity networks in children with attention-deficit/hyperactivity disorder: evidence from resting-state functional near-infrared spectroscopy. Neurophotonics, 7 (1), 015012. doi:10.1117/1.NPh.7.1.015012
5) Zhenyan Hu#, Lu Liu#, Mengjing Wang, Gaoding Jia, Haimei Li, Feifei Si, Min Dong, Qiujin Qian*, Haijing Niu*. (2021). Disrupted signal variability of spontaneous neural activity in children with attentiondeficit/hyperactivity disorder. Biomedical Optics Express.