青春期早期大脑局部功能活动的遗传与环境贡献：区域异质性与低频振幅的时空动态研究

本研究通过双生子队列设计，首次系统揭示了青春期早期(9-16岁)大脑局部功能活动指标——区域同质性(ReHo)和低频振幅分数(fALFF)的遗传与环境贡献模式。澳大利亚QIMR Berghofer医学研究所团队采用纵向rs-fMRI技术，发现210个皮层区域中遗传(A)与共享环境(C)因素存在显著区域特异性，且部分脑区在13个月随访期出现新的独立遗传影响。该研究为理解神经发育可塑性提供了重要证据，发表于《Cerebral Cortex》。

　　

在神经发育研究领域，青春期大脑功能的重组机制始终是未解之谜。传统研究多聚焦脑区间功能连接，却忽视了局部神经活动这一基础层面。更关键的是，遗传与环境因素如何动态塑造青少年大脑的"局部工作模式"，这一问题的答案仍隐藏在科学迷雾中。正是这一知识空白，激发了澳大利亚QIMR Berghofer医学研究所Lachlan T. Strike团队开展这项开创性研究。

研究团队巧妙地选择了两个互补的局部功能指标：区域同质性(ReHo, regional homogeneity)反映局部神经元的同步活动，而低频振幅分数(fALFF, fractional amplitude of low-frequency fluctuations)表征局部自发神经活动的强度。通过QTAB双生子队列的纵向设计（基线年龄11.5±1.33岁，随访13.18±1.5岁），他们首次绘制出青春期大脑局部功能遗传架构的动态图谱。

关键技术方法包括：1) 采用3T Prisma扫描仪获取高精度rs-fMRI数据；2) 基于Brainnetome Atlas的210个ROI分区；3) DPABI工具箱进行ReHo/fALFF计算；4) 双变量Cholesky分解模型解析遗传与环境方差成分；5) 线性混合效应模型分析脑-行为关联。

主要研究发现如下：

遗传与环境贡献的时空特征
全脑分析显示遗传力(h²)呈现显著区域差异：ReHo在颞中回(60-73%)和扣带回(58-66%)最高，而fALFF在额上回(65-70%)最突出。引人注目的是，13个月间隔后，12个ReHo和25个fALFF脑区出现新的独立遗传影响(A2)，尤其集中在额叶与枕叶。

跨时间稳定性与变异
双变量模型揭示多数脑区存在持续遗传影响(A1)，但部分区域如右侧额下回(A44v)显示遗传贡献衰减。共享环境因素(C)在颞下回表现出最强稳定性(40-50%方差解释)，而独特环境因素(E)在旁海马回占主导(75-82%)。

局部功能的性别二态性
性别差异随发育逐渐显现：随访期女性在扣带回fALFF值更高，而男性在顶颞叶区域更突出。这种差异可能与青春期激素变化相关，但效应量普遍较小。

脑-行为关联线索
探索性分析发现左侧梭状回(A20rv)的fALFF值与焦虑抑郁症状呈正相关(r=0.23-0.32)，遗传模型提示这些关联可能由共同环境因素介导。

这项研究的意义在于：首次建立了青春期局部脑功能指标的遗传架构模型，揭示神经发育存在"区域特异性时序规则"——某些脑区持续受早期遗传程序调控，而另一些区域则会"招募"新的遗传因素。这一发现为理解精神疾病风险基因的时空表达模式提供了新视角。方法学上，证实ReHo/fALFF相比功能连接具有更高遗传度，为未来生物标志物研究指明了方向。

值得注意的是，研究者强调需谨慎解读共享环境效应——在AE与CE模型AIC值差异<2的脑区，可能反映统计效力限制而非真实生物效应。这提示未来需要更大样本验证这些发现。该团队已公开共享所有MRI数据，为领域内重复验证和跨队列比较奠定了基础。

这项研究最终描绘了一幅青春期大脑发育的"马赛克镶嵌画"：不同皮层区域如同独立又相互关联的拼图碎片，各自遵循独特的遗传与环境塑造轨迹，共同构建出每个人独特的大脑功能图谱。这一认识将深刻影响我们对神经发育障碍个体差异的理解。