人类大脑皮层形态是理解大脑结构与功能关系的重要纽带。然而，长期以来，这张“网络” 的发育轨迹存在许多未解之谜：它如何从婴儿期的雏形逐步成熟？关键转折点出现在哪个年龄段？与大脑的功能活动、能量消耗及基因调控存在怎样的动态联系？能否成为评估阿尔茨海默病、抑郁症等疾病的 “生物标尺”？这些问题的解答，对揭示脑发育机制、破解脑疾病奥秘至关重要。
2025年7月 23日，北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室、IDG/麦戈文脑科学研究院贺永团队及合作者在Neuron杂志发表题为“Dissecting human cortical similarity networks across the lifespan”的研究论文。该研究基于来自全球141个研究中心的33,937名被试的磁共振脑结构影像数据，系统解析了人类大脑皮层形态相似网络的关键发育里程碑，首次建立了覆盖全生命周期的大脑形态网络发育参考常模，进一步揭示了大脑皮层形态网络的发育与功能网络、能量代谢及基因表达的动态耦合规律。这项工作是继该团队建立全生命周期脑功能发育常模后，在脑健康数字化评估领域的又一重要突破，为神经精神疾病的精准诊疗提供了全新评估工具。
人类大脑皮层的体积、厚度、表面积与折叠等形态学特征并非孤立存在，不同脑区间的形态相似性构成“皮层形态相似网络”。研究表明，该网络能够有效反映皮层的细胞构筑类型、轴突连接模式及基因共表达特征。但长期以来，该网络的发育轨迹等诸多问题未解，贺永团队联合全球百余家研究机构，整合覆盖全生命周期的高质量多模态磁共振数据库，首次实现了对其从全脑、系统到区域三个层面的动态解析，并验证了临床应用价值。
（全生命周期磁共振脑影像数据年龄分布图及研究框架）
研究发现，人类大脑皮层形态相似网络的发育在不同阶段特征各异。在全脑水平，网络的变异度从出生起呈现非线性增长趋势，于青春期（12.5-15.7岁）达顶峰后趋于稳定，表明早期发育阶段皮层结构多样性持续增强；网络整体平均连接强度在婴幼儿期至儿童期逐渐降低，青春期早期（10.8-13.7岁）降至最低，提示该阶段脑区间形态分化最为显著；从出生到成年早期，网络的“模块化程度”和“小世界特性”持续提升，反映了全局网络架构的渐进式优化。在系统水平，不同功能的脑区系统发育路径有差异。负责处理躯体运动、视觉等基础信息的感觉皮层，与其他系统的形态相似度随发育逐渐降低；参与情绪和认知调控的旁边缘皮层，与其他系统的相似度显著提升。节点水平分析进一步证实，联合皮层在维持相似性强度的同时，持续发挥着网络枢纽作用。这印证了大脑形态网络遵循“感觉运动-旁边缘皮层”轴的层级发育规律。
研究团队还揭示了形态与功能网络的协同发展机制。大脑功能网络的发育窗口期比形态网络更长，两者的“耦合强度”在青春期早期（12.3岁左右）达峰值后逐渐降低，直至成年晚期，提示结构-功能渐进式解耦。感觉皮层的形态与功能联系紧密且持续增强至青春期早期，联合皮层的形态与功能联系较弱，这种模式兼顾了大脑功能的稳定性与灵活性。
研究还系统分析了形态相似性的发育与脑能量代谢及基因表达模式的关联。研究发现，成年后大脑形态相似性的空间分布，与有氧糖酵解及葡萄糖代谢呈显著正相关。同时，大脑形态相似网络的发育轨迹，与突触信号传导、神经元投射发育及代谢过程等关键生物学通路存在密切关联。
基于建立的皮层形态相似网络参考模型，研究团队对孤独症、抑郁症、阿尔茨海默病共1202例患者的大脑结构偏离程度进行量化评估，发现三类患者偏离正常模式的脑区数量均显著多于健康人群，且在阿尔茨海默病和抑郁症患者中，网络偏离程度与临床评分显著相关。
（基于脑形态相似网络参考模型的脑疾病个体化偏离评估）
该研究首次绘制出覆盖全生命周期的大脑皮层形态相似网络发育图谱，填补了脑形态网络发育标准化评估的技术空白，搭建了从基础研究到临床应用的桥梁。正如贺永教授所言，这一成果为理解脑发育与老化机制提供了全新视角，也为脑疾病的早期诊断、疗效评估开辟了新路径。随着研究深入，该参考模型有望成为脑健康评估的“黄金标准”，助力实现从“疾病治疗”向“健康管理”的转变，为提升人类脑健康水平提供坚实科学支撑。（光明日报全媒体记者刘宇航）
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