人脑中的白质纤维束并非只能按解剖类别简单归类。一项新研究显示，在脑的皮层层级上跨度更大的纤维束，所连接的脑区在生物学属性上差异也更大，并且支撑着范围更广的心理功能。研究由美国宾夕法尼亚大学、毕生脑研究所（Lifespan Brain Institute，LiBI）和费城儿童医院的研究人员完成，论文近日发表于《自然-人类行为》（Nature Human Behaviour）。
人脑要实现运动、知觉、记忆、推理、情绪等各种功能，高度依赖不同脑区之间的通信。这种通信的通道之一就是白质——一种主要由带绝缘层的神经细胞纤维构成的组织，负责在脑区之间传递信号。白质纤维会聚集成所谓的纤维束，沿特定的解剖路径走行。以往研究大多考察白质的总体作用，单条纤维束各自支撑哪些认知功能，尚未被完全厘清。
"关于皮层，我们已经知道很多：比如不同脑区在认知功能、髓鞘化、基因表达和神经递质系统方面有何差异。"论文第一作者Joelle Bagautdinova在接受Medical Xpress采访时说。
"我们对连接这些脑区的主要白质纤维束也了解不少。但这两个研究领域基本上是各研究各的。尤其是白质纤维束，目前仍常被归入宽泛的解剖学类别——例如联络束、投射束和连合束——而这些类别并不一定能告诉我们，一条纤维束与另一条究竟差别何在。"
Bagautdinova和同事没有沿用这些宽泛分类，而是尝试把白质放到大脑的组织结构中去看。皮层，也就是脑的外层，其各个区域可以排列在一条层级之上：一端是处理感觉信息、控制运动的区域，另一端是支撑更复杂心理能力的联合区。
"我们想知道，用皮层组织结构的视角来看白质，能否为描述这些纤维束提供一种信息量更大的方式。"论文资深作者Theodore Satterthwaite说，"所以我们的第一个目标是弄清，不同纤维束在脑的皮层层级中处于什么位置、支撑哪些认知功能、连接的又是哪类皮层区域。随后我们追问，这些特征能否帮助解释为什么有些白质纤维束在发育过程中变化更大、与认知差异的关联也更强。"
研究人员整合了多个公开的大型脑成像数据集，并采用一种名为纤维束成像（tractography）的计算方法进行分析，以重建可能的白质通路。
他们绘制了52条公认的纤维束，每个半球26条，并确定了与每条纤维束相连的皮层区域，进而考察这些区域的功能和生物学属性。
"其中一个关键依据，是大脑的感觉运动—联合轴（sensorimotor-to-association axis），这是大脑组织的一种主要模式。"Bagautdinova解释说，"这条轴的一端是参与运动、感觉等相对基础功能的区域，另一端是参与记忆、决策和执行功能等更复杂过程的联合区。我们考察的是每条白质纤维束在这一层级上的跨度。"
随后，研究人员分析了来自三个大型队列的个体层面神经影像数据：1145名8至23岁的参与者、638名5至22岁的参与者，以及1097名22至37岁的青年。数据采集使用弥散磁共振成像（diffusion MRI），这一技术描绘水分子在组织中的运动，可用于估计神经纤维的走行路径。
通过分析这些数据，团队试图判断，一条白质纤维束在皮层层级中的位置，能否部分解释其微结构随年龄变化的幅度，以及其微结构与认知表现之间关联的强弱。
"我们表明，白质纤维束可以按一个连续谱来理解，而不是简单归入几个宽泛的解剖学类别。"Satterthwaite说，"我们发现，有些纤维束连接的是邻近的、在层级上相似的区域；另一些则更像桥梁，跨越层级，把初级感觉运动区与高阶联合区连接起来。让我们非常感兴趣的是，这些'桥梁'纤维束同时承担着范围更广的认知功能，在儿童期和青春期表现出的发育性变化也更为显著。"
研究结果提示，连接空间距离更远的皮层区域的纤维束，往往在皮层层级上跨度更大，支撑的认知功能也更广泛；相比之下，连接邻近区域的纤维束，倾向于把处在相近层级水平的区域连起来。
"这说明，一条纤维束在大脑组织结构中所处的位置，或许有助于我们理解它做什么、以及它如何发育。"Bagautdinova说。
这些认识有望为今后聚焦皮层连接和各条白质纤维束独特功能的神经科学研究提供指引。例如，对于试图弄清特定长程白质纤维束关键功能的神经科学家和临床医生，这项工作可以充当一份参考。
"更宽泛地说，我们希望这提供了一个有用的框架，帮助研究者解读白质在发育、认知和心理健康方面的差异。"Satterthwaite说，"我们现在特别有兴趣探索的一个方向，是弄清什么在塑造这些白质通路的发育。"
上述"桥梁"纤维束在儿童期和青春期表现出的年龄相关微结构差异尤为明显，但究竟是什么在驱动这些差异，目前仍有很多不清楚的地方。Bagautdinova正在筹划新的研究以深入考察，她尤其打算评估睡眠是否会影响上述发育轨迹。
"对同一批个体进行长期随访的纵向研究也很重要，有助于理解皮层功能的变化与白质发育如何相互影响。"Satterthwaite补充说。
"有意思的是，不同人的大脑差别也可以相当大——既表现在白质纤维束如何连接不同脑区上，也表现在不同功能位于皮层何处上。我们认为，理解人与人之间的这种差异、以及它与精神疾病的关系，是未来研究中一个令人兴奋的方向，可能帮助我们走向对大脑更个性化的理解。"
参考文献：Joëlle Bagautdinova et al, Anatomical white matter tracts span the cortical hierarchy to support cognitive diversity, Nature Human Behaviour (2026). DOI: 10.1038/s41562-026-02559-5.
编辑：王洪
排版：李丽
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