撰文︱张  喆

审阅︱李葆明

责编︱王思珍

脑白质主要由神经纤维（轴突）及包缠在神经纤维之外的髓鞘组成。传统上，脑白质被认为是连接不同脑区、传递神经信号的“通信线路”。近年来的研究表明，脑白质本身存在具有神经生理意义上的内在功能活动，可形成有组织的功能模式，这种功能组织受到解剖结构的约束与支持。结构-功能耦合（structure-function coupling，SFC）是刻画脑的解剖结构与功能活动对应关系的重要指标。然而，在生命早期，脑白质快速成熟，不同纤维束的结构与功能如何协同发育，髓鞘化如何参与这一过程，早产如何破坏这种协同关系，等等，这些重要的问题尚无明确答案。揭示新生儿脑白质SFC的发育规律及其与神经发育结局的关系，对于理解婴幼儿早期脑发育轨迹，识别发育异常风险，具有重要的理论意义和应用价值。

近日，杭州师范大学基础医学院/脑科学研究所李葆明团队在Translational Psychiatry发表题为“White matter structure-function coupling in neonatal brain and its association with Autism-related traits in early childhood”的研究论文。这项研究基于“发展人脑连接组计划”（dHCP）的399名新生儿多模态磁共振影像数据，系统描绘了新生儿主要脑白质纤维束的SFC强度及其发育轨迹。研究发现，SFC在不同纤维束间呈现显著的时空异质性和半球不对称性，其与髓鞘化的关系随发育阶段动态地变化，早产广泛地削弱脑白质结构与功能之间的协调。更重要的是，右侧皮质脊髓束的SFC降低可部分解释早产与18月龄时孤独症相关特质之间的联系，并且新生儿期的脑白质SFC能够特异性地预测早产儿在18月龄时的孤独症相关特质。

研究团队首先利用扩散磁共振成像和静息态功能磁共振成像数据，分别获得反映局部脑白质结构方向的扩散张量（diffusion tensor，DT）和反映局部功能相关方向的功能相关张量（functional correlation tensor，FCT），并以两者的一致性量化体素水平的SFC。随后，研究团队通过自动纤维束量化方法重建20条主要脑白质纤维束，在每条纤维束上设置100个等距节点，从而刻画SFC沿纤维束的空间分布；同时结合滑动时间窗，进一步计算SFC的时间变异性。在此基础上，作者们考察了SFC与髓鞘化指标（T1w/T2w比值）、早产及18月龄时的孤独症相关特质评分（Q-CHAT）之间的关系。

图1. 足月新生儿主要脑白质纤维束SFC的发育模式

研究团队发现，在胎龄38-44周这一关键发育窗口内，足月新生儿20条主要脑白质纤维束的SFC总体均随胎龄（校正月龄）增长而增强，但不同纤维束的发育速度和轨迹并不相同。基于多维发育特征的聚类分析，作者们识别出快速线性增长、明显非线性变化和相对稳定三类发育模式，表明新生儿脑白质结构与功能的协调成熟并非遵循均一的时间进程，而是具有鲜明的纤维束特异性。同时，SFC在静息态扫描期间的动态波动表现出显著的半球不对称性。其中，下纵束和下额枕束的时间变异性增长最快，两者的左右不对称性随胎龄增加而增强，呈现明显的左侧化趋势。这一结果提示，与视觉、语言及社会认知信息整合相关的长程联合纤维束在出生前后就已经开始形成偏侧化的动态功能组织。

图2. 足月新生儿脑白质SFC与髓鞘化的关系及其发育变化

研究团队紧接着考察了SFC与T1w/T2w比值（髓鞘化指标）之间的关系。他们发现，SFC与T1w/T2w比值的相关性在多数脑白质纤维束均随胎龄增长而减弱，唯有左侧下纵束和右侧扣带束则相反；SFC时间变异性与髓鞘化的关系则仅在右侧下纵束随胎龄增长而增强。这表明，髓鞘化对新生儿脑白质SFC的塑造作用并非静态或均一，而是随纤维束的不同及发育阶段的不同而发生转变。

图3. 早产儿右侧皮质脊髓束SFC的中介作用

在此基础上，研究团队进一步比较了早产儿（51名）与胎龄匹配足月儿（51名）的脑白质SFC，发现早产经历会广泛地干扰脑白质纤维束通路与局部功能活动之间的协调。中介分析显示，早产儿的运动功能纤维束通路（右侧皮质脊髓束）的结构与功能协调成熟显著受损，这可能是连接早产经历与后续孤独症相关行为特质的重要早期神经病理环节。

图4. 早产儿出生时的脑白质SFC对18月龄时的孤独症相关特质的预测

最后，研究团队应用支持向量回归模型，发现新生儿期主要脑白质纤维束的SFC特征能够显著预测早产儿18月龄时的Q-CHAT评分，右侧皮质脊髓束、双侧上纵束和右侧钩束是贡献较高的关键特征，这些纤维束分别涉及运动控制、语言与执行功能以及社会情绪加工。这一结果表明，脑白质纤维束SFC是早产儿神经发育脆弱性中的高敏感指标，具有作为早期风险预测评估的影像学指标潜力。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41398-026-04130-2

杭州师范大学物理学院张喆博士为论文第一作者，基础医学院/脑科学研究所李葆明教授为论文通讯作者。张喆主要从事跨物种脑结构与功能、婴幼儿认知发展及神经精神疾病机制的影像学研究，致力于运用多模态神经影像与计算模型研究认知发展的神经机制及精神障碍的病理基础。李葆明长期从事前额叶皮层认知功能及疾病发病机制研究，近年重点关注儿童脑智发展及养育照护对子代前额叶结构与认知功能的影响。本研究受到科技创新2030—“脑科学与类脑研究”项目、国家自然科学基金及浙江省自然科学基金的资助。

       

转载须知：“逻辑神经科学”特邀稿件，且作者授权发布；本内容著作权归作者和“逻辑神经科学”共同所有；欢迎个人转发分享，未经授权禁止转载，违者必究。

       

                 

                     

                       

参考文献                            

                             

1.Grotheer, M. et al. Human white matter myelinates faster in utero than ex utero. PNAS.120, e2303491120 (2023).

2.Fotiadis, P. et al. Myelination and excitation-inhibition balance synergistically shape structure-function coupling across the human cortex. Nat. Commun. 14, 6115 (2023).

                           

编辑︱王思珍                          

本文完