近日，发展认知神经科学领域国际期刊Developmental Cognitive Neuroscience刊出北师大心理学部陈丽珍博士和左西年教授的研究论文“Intellectual ability and cortical homotopy development in children and adolescents”，系统展示学龄阶段儿童至青少年（6-18岁）大脑皮层两个半球功能同伦的发育规律及其与智力发展的动态关联。研究基于其前期所提出“同伦功能亲和度”这一原创功能同伦图谱方法，利用“彩巢计划-成长在中国”加速纵向队列研究数据，沿袭皮层形态发育及其智力关联的组分发育交叉设计，为理解认知能力发展个体差异提供了神经机制新视角。
功能同伦是指大脑左右半球镜像区域在功能活动上的相似程度，是维系两半球高效通信与功能整合的关键机制。这一神经特性支撑从基础感知到高级认知的广泛脑功能，被认为是智力等复杂综合认知能力发展的基础。已有研究表明：个体发育过程中，大脑由早期的广泛连接逐步走向更为专业化的网络组织，功能同伦水平随之下降，反映出双侧大脑功能向精细化与高效化的演进。然而，关于功能同伦的学龄期发展与智力之间关系仍然缺乏纵向队列研究证据。
为此，本研究基于“彩巢计划-成长在中国” 178名6–16.9岁儿童青少年志愿者的345份加速纵向追踪数据，利用同伦功能亲和度图谱方法系统分析了功能同伦的随龄变化，并建模了不同智力水平个体的发育轨迹。结果显示：从儿童到青少年时期，皮层功能同伦总体呈下降趋势，尤其在默认网络、额顶网络与腹侧注意网络等高级联合皮层区域最为显著（图1）。随着年龄增长，个体同伦功能亲和度图谱与成人的同伦功能图谱、皮层髓鞘化以及功能主梯度的空间分布相似性逐步增强，提示人类大脑功能同伦成熟与其结构功能组织的协同演进和成熟。
图1 同伦功能亲和度图谱计算及儿童青少年的同伦功能亲和度比较。A) 同伦功能亲和度图谱的计算示意图；B) 儿童组与青少年组的同伦功能亲和度图谱；C) 两组的同伦功能亲和度在不同大尺度皮层功能网络上的分布；D) 两组同伦功能亲和度差异统计效应量最大脑区。
同时，皮层同伦功能亲和度与智力之间呈现出与发展阶段依赖的关系：进入青春期后，与总智商间的负相关更为突出，主要见于前额叶、岛叶及内侧默认网络等区域（图2）。进一步按总智商将个体分为平均智商、高智商与超高智商三组后，研究发现超高智商个体在全脑范围内呈现更快且更广泛的皮层同伦功能下降趋势，并在多个网络上表现出更强的发育变异性（图3），这从功能上指向了半球专业化发育进程的加速与更高的神经功能效率。
图2 儿童与青少年的皮层同伦功能亲和度与总智商的关联。A) 不同年龄组同伦功能亲和度与总智商的相关及每个网络内相关系数的正负比例；B) 两组相关系数在不同网络上的分布。
图3 不同智商分组的皮层同伦功能亲和度图谱及发育规律。A) 各智商分组的儿童及青少年的同伦功能亲和度图谱；B) 各智商分组的同伦功能亲和度发育的变异系数图谱；C) 各智商分组个体全脑同伦功能亲和度均值的发育轨线。
综上，本研究描绘了学龄期个体大脑皮层功能同伦的发育轨迹，并揭示了与智力发展关联，为“半球协同向专业化演进”的认知能力发展关联提供了纵向影像队列证据。该工作对理解儿童青少年认知发展的神经机制、构建动态化的个体发育评估体系以及制定教育与临床的个性化策略具有一定参考价值。在基础研究方面，作为同伦功能评估指标，同伦功能亲和度图谱在本研究中展现出对个体差异的高敏感性，显示出从基础研究到临床转化的潜力，有望用于构建脑功能图表、识别异常脑功能、辅助理解发育障碍的神经机制，推动精准脑功能评估与干预。
本项研究得到科技创新2030—“脑科学与类脑研究”重大项目(2021ZD0200500)的支持。论文第一作者为实验室已毕业博士生陈丽珍，通讯作者为左西年教授。