极端早产对学龄儿童及青少年功能性脑网络的印记：静息态与工作记忆任务态下的连接组学研究

本研究针对极端早产（EPB）儿童脑功能网络发育异常这一临床难题，通过创新性地联合静息态与n-back工作记忆任务态fMRI，采用网络基统计学（NBS）分析方法，发现EPB患儿在背侧注意网络（DAN）、默认模式网络（DMN）等高级认知网络的连接调控存在显著异常，其功能连接强度与任务表现呈现反常关联，揭示了早产对脑网络动态重组能力及发育轨迹的长期影响，为认知障碍的神经机制提供了重要见解。

　　

当婴儿提前三个月来到这个世界，他们未成熟的大脑不得不在外界环境中完成本应在母体内进行的神经发育关键进程。极端早产（出生胎龄<28周）是神经发育障碍的高危因素，即使没有明显脑损伤的早产儿，在学龄期仍普遍存在工作记忆和注意力缺陷，严重影响学习能力和生活质量。虽然既往研究通过静息态功能磁共振成像（fMRI）发现了早产儿脑功能连接（Functional Connectivity, FC）的异常，但大脑在执行认知任务时的动态重组能力如何受影响，以及这种影响如何随发育演变，仍是未解之谜。

为此，由芬兰阿尔托大学Maksym Tokariev领衔的研究团队开展了一项创新性研究，他们首次同步采集了极端早产儿和足月产对照者在静息状态和视觉空间n-back工作记忆任务状态下的fMRI数据，采用网络基统计学（Network-Based Statistics, NBS）方法深入解析了七大脑网络的功能连接特征。这项发表于《NeuroImage》的研究揭示：极端早产显著破坏了脑网络在任务与静息状态间的动态调控能力，并导致功能连接发育轨迹异常，这些异常与认知表现密切关联。

研究人员主要运用了静息态与任务态双范式fMRI采集技术、基于Schaefer图谱的400区域脑网络划分、网络基统计学（NBS）组间比较分析，以及年龄与行为指标的协变量关联分析。研究对象来自芬兰赫尔辛基大学医院前瞻性随访的极端早产队列（EPB组n=24）和足月产对照队列（TB组n=22），所有参与者均无严重脑损伤且认知功能处于正常范围。

研究结果呈现出多层次的特征：

3.1. n-back工作记忆任务行为表现

EPB组在任务错误率上显著高于TB组（p_FDR=0.006），但反应时无显著差异，表明早产儿工作记忆精度受损而处理速度保留。

3.2. 静息态与任务态功能连接调制差异

研究发现三个关键网络存在显著的"状态×组别"交互效应：

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  在背侧注意网络（DAN）中，TB组任务态连接显著强于静息态（p<0.001），而EPB组呈现相反模式；

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  在默认模式网络（DMN）和视觉网络（VN）中，TB组静息态连接显著更强，而EPB组缺乏状态间调制能力。

  同时，DMN与DAN、VAN、FPN等网络间的交互连接在TB组表现出显著状态调制，而EPB组则无此变化。

3.3. 年龄对功能连接的差异化影响

研究发现EPB组与TB组呈现相反的年龄效应：在DAN（任务态和静息态）、DMN和FPN（任务态）的组内连接，以及多个网络间连接（如DAN-VAN、DAN-FPN等）中，TB组随年龄增长连接增强，而EPB组反而减弱。

3.4. 功能连接与行为表现的关联

在TB组，任务态下DAN和VN内更强的连接与更低错误率相关（R=-0.708,-0.751），FPN内更强连接与更快反应速度相关（R=-0.848）。相反，在EPB组，DMN-DAN、FPN-VAN等网络间更强的连接却与更差任务表现正相关。

研究结论深刻揭示了极端早产对脑功能网络的长期影响：首先，早产破坏了大脑根据认知需求动态重组网络连接的能力，表现为任务阳性网络（DAN）和任务阴性网络（DMN）的调制异常；其次，早产改变了脑网络的发育轨迹，呈现早期过度连接随后功能衰减的非典型模式；最重要的是，这种异常连接模式与认知表现直接相关，但表现出与正常发育相反的关联方向。

这项研究的重要意义在于突破了传统静息态fMRI研究的局限，通过双状态范式揭示了早产儿脑网络动态功能的缺陷。研究发现表明，成功的认知表现不仅依赖于特定网络的连接强度，更取决于网络根据任务需求灵活重组的能力。极端早产可能通过破坏这种动态灵活性，导致即使总体认知能力正常的个体仍出现特定领域的功能缺陷。这些发现为早期识别高危儿童、开发针对性的神经康复策略提供了重要理论基础，同时为理解脑网络发育规律提供了新的视角。