Nature Neuroscience
青春期猴脑结构与活动的纵向研究揭示认知成熟机制

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该研究通过纵向追踪青春期猴子的神经活动和脑结构变化，揭示了白质成熟与前额叶神经元活动轨迹如何共同促进工作记忆和认知功能的提升。研究采用多层级方法，结合行为测试、神经记录和磁共振成像，为理解认知发展提供了新的神经生物学基础。

 

文献概述
本文《青春期猴脑结构与活动的纵向追踪预测认知成熟》，发表于《Nature Neuroscience》杂志，回顾并总结了认知能力在青春期的发展变化与神经活动及脑结构重塑之间的关系。研究者通过追踪猴子在青春期的行为表现、神经元活动及解剖成像数据，揭示了前额叶神经元活动轨迹与工作记忆改善高度相关，而白质束的成熟度比灰质体积变化更能解释认知功能的提升。该研究为认知发展与脑结构变化之间的关系提供了直接的神经生物学证据。

背景知识
在人类和非人灵长类动物中，青春期是认知功能和大脑结构快速成熟的关键阶段。工作记忆、执行功能等认知能力在青春期显著提升，而这些变化通常与前额叶皮层（PFC）及其长程连接的发育密切相关。尽管已有fMRI研究揭示了前额叶活动模式在儿童与成人之间的差异，但对单个神经元及群体活动变化与结构性脑变化的直接联系仍缺乏明确证据。此外，精神疾病如精神分裂症和情绪障碍常在青春期后期出现，且与工作记忆缺陷相关，因此理解这一阶段的神经发育机制对于疾病模型构建和临床前研究具有重要意义。

 

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研究方法与实验
研究团队通过跟踪8只发育期猴子（group A）的行为表现、神经记录和MRI数据，年龄跨度从3.0至7.1岁（对应人类9-21岁）。工作记忆功能通过眼动延迟响应任务（ODR）及其变体（ODR+干扰项）进行评估。使用广义可加混合模型（GAMM）分析发育轨迹，并结合神经元记录和白质成像数据，研究神经活动与结构性变化的关系。

关键结论与观点

• 前额叶神经元在基础状态、提示期和延迟期的活动随发育显著增强，且与工作记忆精度（DI）和反应时间（RT）的改善高度相关。
• 神经元的变异系数（CV）和Fano因子在发育过程中下降，表明神经元活动稳定性提升，与行为表现改善一致。
• 尽管神经元调制宽度和选择性未显著变化，但群体活动的维度性（dimensionality）在青春期显著增加，表明神经网络的复杂性提升。
• 白质束的FA值（各向异性分数）与DI和RT高度负相关，尤其是连接额叶与其他脑区的白质束，如前扣带回、上纵束、脑桥等。
• 与结构性变化不同，前额叶皮层体积或厚度变化未能有效预测行为，而白质成熟度是更关键的预测因子。

研究意义与展望
该研究首次在非人灵长类中系统性揭示了青春期认知功能提升的神经机制，强调了白质重塑在神经活动稳定性与行为优化中的核心作用。未来研究可进一步探索白质成熟如何影响神经网络动力学，以及该机制是否在特定精神疾病模型中发生异常，从而为疾病干预提供靶向依据。

 

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结语
本文研究系统分析了青春期猴子在工作记忆任务中的神经活动与结构性脑变化，发现白质成熟度而非灰质减少，是认知提升的关键预测因子。研究通过多模态方法揭示了神经元活动稳定性、群体维度提升及子空间旋转等机制如何共同推动认知功能的提升。这一发现为青春期认知发展提供了神经生物学解释，并为相关精神疾病研究提供了新的参考框架。

 

Junda Zhu, Clément M Garin, Xue-Lian Qi, Beatriz Luna, and Christos Constantinidis. Longitudinal measures of monkey brain structure and activity through adolescence predict cognitive maturation. Nature Neuroscience.