崔再续团队揭示儿童青少年白质结构连接发育沿“感觉运动-联合连接轴”有序展开 | Nat. Commun.
儿童青少年阶段是高级认知功能，尤其是执行功能发育的关键时期，这一过程与脑结构连接的成熟密切相关。已有研究显示，人脑白质纤维总体积通常要到34岁左右才达到峰值(Kim, Gao et al. 2026)，提示支撑脑区信息传递的白质系统在儿童青少年期乃至成年早期持续发育。然而，不同白质系统可能具有各自独特的发育节奏。目前，对于人脑大尺度白质结构网络在儿童青少年时期究竟如何发育，尚缺乏系统认识：这些结构连接的发育先后顺序是怎样的，又是否遵循某种稳定的空间组织规律？
2026年5月15日，北京脑科学与类脑研究所（“北京脑所”）崔再续团队在 Nature Communications 发表研究论文“Mapping the spatiotemporal continuum of structural connectivity development across the human connectome in youth”。研究发现，儿童青少年阶段人脑白质结构连接的发育并非同步发生，而是沿特定时空序列逐步推进；并进一步揭示，这一发育序列沿先验定义的“感觉运动-联合连接轴”有序组织，并与认知能力和精神病理症状相关。
01. 结构连接的发育异质性沿“感觉运动-联合轴”展开
本研究采用多套儿童青少年数据集（6–23岁）的弥散磁共振成像数据，包括本实验室采集的EFNY数据库中的490例。我们为每个被试构建了一个大尺度（12×12）的结构连接矩阵（图1）。
图1. 大尺度结构连接矩阵构建流程
采用广义加性模型（GAM）模型，本研究绘制了大尺度结构连接网络中78条连接强度的发育轨迹。结果显示，不同连接的发育轨迹具有明显的异质性：有些连接在早期快速增强，随后逐渐进入平台期，表现为上凸轨迹；另一些连接在早期变化较弱，随后在青少年晚期加速增强，表现为下凹轨迹。
为了量化这种轨迹形态差异，研究计算了每条发育轨迹的平均二阶导数。其中，负值代表上凸轨迹，正值代表下凹轨迹。结果显示，负值主要集中于感觉运动系统间的连接，而正值主要集中于涉及联合系统的连接；总体上在结构连接矩阵中呈连续谱变化，从感觉运动端的较强负值逐渐过渡到联合端的正值。量化分析显示二阶导数的空间分布与S-A连接轴高度一致（Spearman’s rho = 0.80），提示结构连接发育的时空异质性沿S-A连接轴有序展开。
图2. 大尺度结构连接发育的异质性沿S-A连接轴展开
研究进一步评估了发育轨迹的空间异质性与S-A轴之间的空间一致性关系如何随年龄演变。结果显示，发育速率与S-A连接轴的空间相关性在儿童青少年时期逐渐由负转正（下图b），并在青春中期附近跨过零点。这一转变提示，儿童中晚期的结构连接发育主要由靠近感觉运动端的连接增强所主导；而进入青春期后期至成年早期后，发育重心逐渐转向靠近联合端的连接。
图3. 结构连接发育异质模式随发育的演变
上述结果在多个独立数据集中均得到验证，并且对多种方法学选择鲁棒。本研究还开发了一个交互式平台（http://connectcharts.cibr.ac.cn），用于可视化每条结构连接的发育轨迹，方便后续研究使用。
图4. 人脑连接图表网站
2. 认知与精神病理因子在结构连接网络上的映射沿S-A轴展开
最后，本研究进一步探讨了这种发育异质性模式与认知能力和精神病理症状之间的关系。高级认知功能与大尺度系统间结构连接强度呈广泛负相关，而一般精神病理因子（p-factor）与结构连接强度呈现正相关。从空间分布来看，越靠近联合端的连接与认知和p-factor的关联越强，这与结构连接发育异质性的空间分布模式一致。此外，跨认知分数与精神病理负荷的结构连接发育轨迹同样也呈现出沿S-A轴的分化。
图5. 认知和一般精神病理因子与结构连接的关联
总结
本研究将既往用于刻画脑区空间组织的研究框架拓展至连接水平，揭示了儿童青少年时期人脑白质结构连接并非同步成熟，而是沿S-A连接轴呈现连续、有序的异质性发育模式。其中，靠近联合端的连接具有更持续的发育窗口，并与高级认知功能和一般精神病理因子表现出更强关联。该研究为理解儿童青少年时期结构连接的发育规律提供了新的框架，也为刻画精神疾病中的脑发育偏离提供了重要参照。
论文信息
北京脑所与北京师范大学联合培养博士生徐小雨为该论文的第一作者，北京脑所研究员崔再续为通讯作者。其他作者包括杨航、丛晶、徐浩书、Jason Kai、赵韶苓、李洋、寿昊畅、王康程、Valerie J. Sydnor、徐婷和Fang-Cheng Yeh。研究团队特别感谢北京脑所网络和信息化办公室为本研究搭建了交互式平台
（http://connectcharts.cibr.ac.cn）。本研究得到国家脑计划、中国医学科学院创新工程、以及北京脑所等的资助支持。
参考文献
Kim, M. E. et al. White Matter Micro- and Macrostructure Brain Charts for the Human Lifespan. Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10454-2
