大脑功能连接组描述了神经系统的协调原则。理解正常发育连接组对于标准化生长评估和早期疾病检测至关重要。然而，现有研究主要基于功能磁共振成像（fMRI）信号统计相关性的无向功能连接，忽略了神经相互作用的方向性。相比之下，有效连接基于神经相互作用的生成模型，提供了神经群体之间的有向连接强度。

为了探讨有效连接如何随年龄演变，研究团队基于高质量的fMRI数据，绘制了人类大脑网络的寿命有效连接组。这些数据来自生命全程人类连接组计划，包括2904次静息态fMRI扫描，覆盖2696名健康受试者，年龄范围从10天至100岁。研究采用Schaefer-400图谱，将大脑划分为400个皮层区域，分属于7个功能网络（视觉、躯体运动、背侧注意、腹侧注意/突显、边缘、额顶控制和默认模式网络）。有效连接的估计基于回归动态因果模型。

研究发现

研究揭示了全局和网络有效连接的生命周期轨迹，主要发现包括：

• 全局有效连接的发育轨迹：整体呈现倒U形的非线性变化，从约2岁开始增加，在9岁左右达到峰值（男性为8.7岁，女性为8.7岁），之后逐渐下降。
• 性别差异：女性的有效连接增长和下降速度均快于男性，主要由网络间有效连接的变化贡献。
• 与功能连接的对比：有效连接的峰值年龄（9岁）显著早于功能连接的峰值（40岁）。
• 兴奋性与抑制性有效连接：兴奋性有效连接遵循倒U形轨迹，而抑制性有效连接则呈现U形轨迹（绝对值先增后减）。

意义与展望

研究表明，区域有效连接强度在早期发育阶段比晚年更具变异性，突显了早期大脑发育的可塑性关键窗口。此外，兴奋性和抑制性节点有效连接的成熟遵循相反的层级序列，且受到传感器运动-联合轴的约束，主要由抑制性有效连接调控。

这项研究为理解功能网络之间的有向因果相互作用提供了重要的发育原理，并为更精确和个体化的大脑评估奠定了基础。未来的研究可以进一步探索这些发现如何应用于早期疾病的诊断和干预。

参考文献：

• 研究数据来源：婴儿连接组项目、HCP-发育、HCP-年轻成人、HCP-衰老。