人脑被组织成从童年到成年发展的回路，以支持执行功能——自我控制、决策制定和复杂思维等关键行为。这些回路由白质通路锚定，这些通路协调认知所需的大脑活动。然而，很少有研究可以解释白质如何成熟以支持在青春期(大脑快速发育的时期)改善执行功能的活动。
宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院寿命脑研究所和费城儿童医院的研究人员应用网络科学工具来确定大脑中的解剖连接如何发展以支持这些关键区域的神经活动。研究结果发表在美国国家科学院院刊上。
“通过绘制儿童和青春期大脑发育图，我们可以更好地了解大脑如何支持健康儿童和具有不同心理健康经历的儿童的执行功能和自我控制，”该研究的资深作者、助理教授西奥多·萨特思韦特 (Theodore Satterthwaite) 医学博士说。宾夕法尼亚大学精神病学博士。“由于大脑连接发育异常和执行功能缺陷通常与青年时期精神疾病的出现有关，我们的研究结果可能有助于确定大脑发育的生物标志物，这些标志物可以预测以后的认知和临床结果。”
在这项研究中，研究人员绘制了结构-功能耦合图——大脑区域的解剖连接模式支持同步神经活动的程度。这可以被认为像一条高速公路，其中解剖连接是道路，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 至 23 岁之间的参与者的多模态神经影像学数据，并得出了三个主要发现。
首先，该团队发现结构-功能耦合的区域变异性与给定大脑区域负责的功能的复杂性成反比。在专门处理简单感觉信息的大脑部分(如视觉系统)中发现了更高的结构-功能耦合。相比之下，负责执行功能和自我控制的大脑复杂部分的结构-功能耦合较低，这需要更抽象和更灵活的处理。
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