穆淑花

虽然人类大脑的模式化过程在出生的时候已经基本完成，但是在成年之前，尤其是儿童阶段，大脑还进行了一系列复杂的生物发育。出生时大脑仅占成人脑重量的1/4，而到6岁时可达成人的90%，这说明在出生后至6岁前大脑经历了一个快速发育期。而在整个大脑中，皮层又是最高级的中枢，是人类的思维器官，也是人类的高级神经活动如语言、学习、记忆和智能等的物质基础。人的大脑皮层厚度通常在2-4mm之间，面积约为2200cm2。人的一生中大脑的皮层厚度、面积和体积都在发生变化。这些变化影响着我们的神经、心理和行为特征，可以通过磁共振成像技术在体内精确测量。从影像学的角度探讨儿童青少年的脑发育情况，可以从年龄、性别、遗传、环境、文化五个方面讨论这些因素对脑发育的影响。

国内外脑发育的研究

先看整个生命过程中脑的发育轨迹。2013年，加州大学科学家Sowell 等人对176个7-87岁正常人皮层密度进行分析，发现不同区域发育模式不尽相同。如额叶后部和顶叶，皮层密度与年龄呈非线性相关关系，在7-60岁之间密度减少最快，之后基本达到稳定状态;而左右颞叶，在7-30岁之间有一个缓慢的增加过程，之后再快速减少。比较特殊的是左脑颞叶后部，其成熟呈现延迟过程，整个生命过程中下降非常少，该区域常负责语言功能。说明在整个生命过程中负责运动功能的大脑顶叶相对较早发育成熟，而负责语言、执行功能的颞叶、额叶，相对较晚发育成熟。进一步估算皮层密度达到峰值的年龄，结果显示大部分背侧顶叶在40-50岁达到皮层密度最低值，比额叶要早（50-60岁）。而初级听觉、视觉和前扣带回在整个生命过程中显示较轻微的下降。

我们将年龄聚焦在儿童青少年期，4-21岁的皮层密度如何变化？2004年加州大学Gogtay等人的研究结果显示皮层密度的丢失顺序为：顶叶皮层背部（尤其是初级感觉皮层）——枕叶皮层——顶叶皮层两侧——额叶皮层——颞叶皮层。皮层的丢失就代表它的成熟，这说明感觉和运动皮层成熟最早，之后为空间定位，语音和语言发展，然后才是注意、运动协调等。还有一项研究，对4岁、5岁、6岁、10岁、20岁5个年龄段的皮层厚度、面积和体积进行了系统的比较。皮层表面积在学龄前儿童期（4-6岁）明显扩大，变化最大的发生在较高级别的皮层区域，如前额叶皮层和颞叶联合区;而初级感觉区域（视觉、听觉）和感觉双侧运动皮层的面积也有增加，但程度较小。到10岁的时候，大脑皮层有些区域的面积开始减少，特别是在枕部和顶上叶。在大约20岁的时候，基本上整个大脑皮层的面积都在减少，一直持续到成年。与皮质面积形成鲜明对比的是，学龄前儿童期皮质厚度在发育过程中没有增加。事实上，从学龄期到成年早期大脑皮层厚度都在减少。在4-6岁之间，皮质厚度减少最多的是在枕叶内侧和枕极、前额叶区域、以及顶叶皮层，每年下降约2%，大脑皮层剩余部分的厚度每年减少约1%，这种情况一直持续到20岁。皮层体积代表的是皮层表面积与厚度的乘积。发育模式更接近于皮层面积。在4岁时，皮层大部分区域体积呈强劲增长，而仅有少数区域出现明显下降。在大部分枕叶区，顶叶的初级躯体感觉区，额极的内侧和外侧，都呈下降趋势。有趣的是，双侧的前颞叶是随着成熟皮层体积由增加变为减少的最后区域。总之，皮层体积的变化规律为早期显著、广泛的扩张，最终是在青春期前后大脑皮层出现选择性减少。

以上是近20年内国外关于脑发育的研究进展。我们课题组也对6-26岁正常人的皮层体积进行了研究，发现不同脑区发育轨迹虽然不尽相同，但都呈下降趋势。其中比较特殊的是左侧颞极，一直到26岁仍然没有出现下降的趋势。另外，我们更侧重于比较左右半球皮层体积的变化，结果发现在颞叶、顶叶、岛叶、海马、扣带回等的部分区域，左右皮层体积有明显差异。说明大脑半球不仅存在机能的不对称性，也存在结构的不对称性。

脑发育的影响因素

大脑皮层除了随着年龄的增长发生变化之外，在不同性别中也呈现不同的发育模式。2007年美国精神卫生研究所Lenroot等人对387个3-27岁间正常人的纵向追踪结果显示，总脑容量、灰质体积、白质体积、侧脑室以及基底核体积都存在性别差异。女性脑容量在10.5岁时达到峰值，而男性为14.5岁。灰质体积男女均呈倒U型，女性下降要比男性早1-2岁。相比于女性，男生白质体积在青春期有较大幅度的增加。进一步分析皮层各叶的发育，它们的发育轨迹是一致的，但男女皮层体积达到峰值的年龄不同。例如，在额叶，女性9.5岁，男性10.5岁;在顶叶，女性7.5岁，男性9岁;颞叶，女性10岁，男性11岁。男性的大脑在整个童年和青春期都表现出更高的变化率。另有研究发现，皮层厚度的绝对增加值也存在性别差异，女性右侧顶叶下部和颞叶后部，明显比男性厚。而双侧额叶和枕叶的体积，男性明显大于女性。我们课题组也对海马亚区的发育进行了性别间的比较。海马的功能非常强大，负责短时记忆的加工储存、空间定位、认知等多种高级功能，分别由不同亚区负责。我们将海马划分为13个亚区，观察不同亚区随年龄的发育模式，发现他们的发育模式不一样，同时男女发育模式也不相同。总体来讲，女性比男性成熟更早，但男性下降速度更快。

基因对脑的发育也有很大的影响。2020年，澳洲昆士兰医学研究院科学家Grasby等人对51665个正常人的脑磁共振成像数据进行全基因组学的分析，分析基因对大脑皮层表面积和平均厚度的影响。发现22对常染色体有199个等位基因位点具有意义，其中187个影响表面积，12个影响厚度。从整体上来看，这些基因的常见变异可解释皮层区域表面积变化的34%，平均厚度变化的26%，也就是说在所有影响整个皮层表面积变化和平均厚度变化的因素中，基因常见变异所能决定的部分分别是34%和26%，这个比例还是很大的，对皮层结构的影响很大。

提到基因因素，必不可少会想到环境因素，到底二者誰的影响占比更大？2019年昆士兰大学研究人员Strike等人对923个正常双胞胎进行了研究。这项研究主要针对遗传因素、共有环境因素和特有环境因素（包括家庭教养方式）对皮层面积和皮层厚度的影响。研究发现，特有环境的影响最大，其次为遗传因素，而共有环境的影响最小，基本可以忽略。进一步分析发现，有几个联合皮层受环境的影响很大，比如：左右额中回的头侧/尾侧（工作记忆）和左右岛盖部（说话中枢）的皮层面积受环境影响较大，左右扣带回后部（情绪、情感、自我评价）的皮层厚度受环境影响较大。说明这些皮层具有更大可塑性，后天很容易受到个人生活环境的影响。

另外不同文化对脑发育也有影响。北师大贺永教授团队基于328名正常中国儿童（6-12岁）的磁共振脑影像数据，构建了中国儿童标准脑结构图谱。发现中国儿童标准脑图谱相比于西方儿童标准脑图谱，在双侧额叶和顶叶区域具有明显的结构差异，这可能与中西方的文化不同有关。

脑发育研究的启示

综合以上研究进展，儿童青少年的大脑结构发育受年龄、性别、遗传、特有环境（包括家庭教养方式）以及中西文化的影响。

因此，对儿童青少年教育：一是大脑不同区域存在不同的发育时间表，因此教育应该遵从大脑的“发育时间表”，因时制宜;二是由于男女大脑的发育存在差别，尤其是在7-13岁间差异明显，那么学校教育（尤其是小学教育）是否应该进行男/女差别教育？值得我们思考;三是不同文化会导致脑结构的发育差异，因此国外的教育方法不一定完全适合中国学生;四是与遗传因素和共有环境相比，特有环境对脑发育的影响最大，所以家庭教育非常重要。