自然·通訊 | 天津大學明東團隊揭示嬰兒大腦功能網絡形成新機制

新生兒大腦中，成人大腦般的功能網絡如何在白質髓鞘化遠未成熟的情況下就已初具雛形？這一謎題長期困擾著神經科學家。傳統觀點認為，功能連接的形成主要依賴于白質髓鞘化對遠距離信號傳導的促進作用。然而，新生兒在出生時白質髓鞘化水平僅為成人的30%，卻已展現出與成人高度相似的功能網絡，這一矛盾對傳統理論提出了挑戰。

2026年3月19日，天津大學明東教授團隊在《自然·通訊》上發表題為《Dual-axis myelination covariance drives the functional connectivity emergence during infancy》的研究論文，為破解這一謎題提供了全新的視角。

研究團隊提出“雙軸髓鞘化共變”框架，從兩個維度量化大腦皮層髓鞘化的協同發育：一是跨個體的群組水平髓鞘化共變，反映不同嬰兒間髓鞘化發育軌跡的同步性；二是個體內的個體水平髓鞘化共變，描繪同一大腦中不同區域間髓鞘化進程的協調性。基于此框架，研究者計算了髓鞘化-功能耦合指數，用以量化髓鞘化協同發育與功能連接之間的匹配程度。

結果顯示，髓鞘化-功能耦合在全腦呈現特定空間分布，在初級感覺皮層和運動皮層表現最為突出，其層級組織與功能連接的主梯度高度一致。這意味著，功能連接的形成并非單純依賴于白質纖維束的成熟，而是與皮層灰質內部協調一致的髓鞘化進程密切相關。

進一步分析發現，髓鞘化-功能耦合隨年齡增長而增強，且呈現出顯著的距離依賴性。局部連接（短距離）的耦合強度更高，但其隨年齡的增長速率接近零；相反，遠距離連接雖起始耦合較弱，但增長速率隨距離增加而顯著提升。這一模式揭示了早期大腦在神經連接構建中的策略性平衡：優先保障局部功能整合的穩定，同時逐步發展遠距離連接，為后期復雜認知功能奠定基礎。

研究還發現，出生事件對髓鞘化-功能耦合的發育產生顯著影響。將出生前（胎齡）與出生后（生后年齡）分開建模時，對耦合發育的解釋力顯著優于僅使用經后年齡的單一模型。胎齡的效應顯著強于生后年齡，尤其在運動皮層和視覺皮層，提示宮內發育環境對耦合形成具有更為深刻的影響。

轉錄組學分析顯示，髓鞘化-功能耦合的空間分布與特定基因表達譜高度相關。高耦合區域的基因顯著富集于血管生成、跨膜運輸和神經膠質生成等通路，這些功能與神經血管耦合和微環境維持密切相關；而低耦合區域的基因則主要參與突觸膜和軸突投射等神經元形態發生過程。

最后，研究者發現新生兒時期的髓鞘化-功能耦合能夠預測18月齡時的行為發育水平。尤其值得注意的是，遠距離連接的耦合強度與運動行為評分之間存在顯著關聯，且這種預測能力隨連接距離的增加而增強，凸顯了遠距離功能整合對未來行為發育的重要性。

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