青少年典型脑发育的静息态功能磁共振多模态研究：揭示fALFF、ReHo与VMHC的协同变化规律

这篇研究通过整合静息态功能磁共振（rs-fMRI）三大指标——低频波动分数振幅（fALFF）、区域同质性（ReHo）及体素镜像同伦连接（VMHC），首次在395名6-20岁典型发育青少年中系统刻画了脑功能成熟轨迹。研究发现，随着年龄增长，内侧眶额叶、岛叶、壳核等区域呈现局部活动与半球间同步性普遍下降（峰值r=?0.210），揭示了神经环路"修剪-优化"的发育规律，为临床神经发育障碍的鉴别提供了多模态生物标志物框架。

　　

ABSTRACT

研究基于ABIDE I/II数据库的395名6-20岁典型发育青少年数据，采用ComBat/CovBat多中心 harmonization 方法，首次联合分析fALFF、ReHo和VMHC三种静息态指标。结果显示：所有指标均呈现年龄相关的功能连接下降，其中fALFF在 medial orbitofrontal cortex（峰值r=?0.210）、ReHo在岛叶（峰值r=?0.169）、VMHC在壳核（峰值r=?0.206）变化最显著，提示神经发育伴随局部活动减弱和半球间协调性降低的普遍规律。

Graphical Abstract

通过多模态融合分析，研究形象展示小脑7b区、尾状核等区域在6个年龄组（7-19岁）中的动态变化，证实后部小脑（Crus 2/lobule 7b）在发育过程中功能整合的关键作用。

Summary

• 三指标共同揭示"功能整合增强-网络特异性提高"的发育模式

• 前额叶区域呈现最持久的成熟过程

• 建立基于体素水平的典型发育基准

1 Introduction

儿童青少年期是脑功能重塑的关键窗口，75%精神障碍在此阶段初发。尽管rs-fMRI已广泛应用于发育研究，但既往多聚焦单一指标或临床人群。本研究创新性整合：

1. 1.

   fALFF：通过0.01-0.08Hz频段功率谱分析自发神经活动强度

2. 2.

   ReHo：基于Kendall和谐系数计算27邻域体素时间序列同步性

3. 3.

   VMHC：量化镜像体素间Fisher z转换的Pearson相关性

2 Methods

样本：从ABIDE I/II筛选395例（285男/110女），经FD头动控制（均值+2SD剔除），分为6年龄组（7-9岁至17-19岁）。

预处理：DPABI流程包括DARTEL标准化、0.01-0.1Hz带通滤波，GMV作为协变量。采用GRF校正（体素p<0.01，簇p<0.05），并设置指标特异性最小簇阈值（fALFF:10；ReHo:30；VMHC:20体素）。

3 Results

fALFF：

• 负相关：左侧 medial orbitofrontal cortex（簇大小181体素）

• 组间差异：7-9岁组在 fusiform gyrus（t=4.482）、caudate（t=3.730）显著高于其他组

ReHo：

• 唯一显著簇：右侧岛叶（BA13，MNI[33,?21,6]）

• 13-15岁组 pallidum区VMHC值高于15-17岁组（t=4.219）

VMHC：

• 双侧壳核（峰值r=?0.187）与右 middle frontal gyrus（r=?0.206）下降最显著

• 小脑Crus2区在7-9岁 vs 17-19岁组差异最大（t=4.689）

4 Discussion

研究发现三大核心规律：

1. 1.

   跨指标一致性：小脑7b区在所有指标中均显示年龄相关下降，证实其作为"发育时钟"的作用

2. 2.

   前额叶延迟成熟：mOFC的fALFF持续降低至青春期晚期，符合高阶认知功能逐步完善的理论

3. 3.

   临床意义：基底节-丘脑-小脑环路的变化模式（如壳核VMHC下降）可能为ASD等疾病提供鉴别线索

特别值得注意的是，后部小脑（lobule VIIb/Crus2）在发育中的独特作用：其与 prefrontal cortex 的功能连接减弱，可能反映运动-认知协同控制的精细化过程。这与 Boonstra（2025）提出的"小脑社会认知环路重塑"假说高度吻合。

5 Conclusion

研究首次建立fALFF-ReHo-VMHC多模态典型发育图谱，揭示：

• 神经活动振幅（fALFF）与同步性（ReHo）的降低反映突触修剪效应

• 半球间连接（VMHC）减弱提示功能侧化成熟

• 小脑-皮层环路变化是发育的关键生物标志物

未来需通过纵向设计验证这些发现，并探索其与认知行为指标的关联。该框架为识别临床人群的发育偏离提供了新视角。