产前酒精暴露儿童青少年杏仁核与前额叶皮层成熟差异的神经影像学研究

本研究针对产前酒精暴露(PAE)对儿童青少年脑发育的影响，通过纵向磁共振成像分析杏仁核、前额叶皮层(PFC)及连接白质束的成熟轨迹。结果表明PAE群体存在杏仁核体积发育停滞、PFC发育延迟缩短、白质微结构异常改变等现象，提示神经可塑性降低，为解释PAE相关行为障碍（如冲动性和风险行为升高）提供了神经机制依据。

　　

产前酒精暴露（Prenatal Alcohol Exposure, PAE）是导致儿童神经发育障碍的重要环境因素之一，约11-12%的北美妊娠存在酒精暴露史。PAE会干扰胎儿脑发育的关键过程，包括神经发生、突触形成、髓鞘化和细胞凋亡等，可能导致终身性的认知和行为缺陷。尤其值得关注的是，PAE儿童常表现出高风险行为、冲动控制障碍等行为问题，但其背后的神经机制尚未完全明确。以往研究多集中于横断面设计或小样本队列，难以捕捉脑结构的动态发育轨迹，而大脑不同区域的成熟时序差异可能是解释上述行为表型的关键。

为此，由Jamie Roeske、Xiangyu Long、Catherine Lebel等研究者合作，在《Biological Psychiatry: Cognitive Neuroscience and Neuroimaging》发表了一项大样本纵向磁共振成像研究，系统揭示了PAE对2–18岁儿童青少年杏仁核（amygdala）、前额叶皮层（prefrontal cortex, PFC）以及连接它们的白质纤维束——钩束（uncinate fasciculus）和杏仁核-前额叶通路（amygdala-PFC tract）发育的影响。

该研究整合了六个先前项目的数据，包括148名未暴露对照组（606次扫描）和92名PAE参与者（165次扫描），所有数据均采集自同一台3T GE MR750w扫描仪。主要技术方法包括：T1加权成像用于评估杏仁核与PFC亚区（包括中额叶、下额叶、额极和眶额皮层）的体积；扩散加权成像（diffusion-weighted imaging）结合确定性纤维追踪技术用于提取钩束和杏仁核-前额叶通路的各向异性分数（fractional anisotropy, FA）和平均扩散率（mean diffusivity, MD）。采用广义可加混合效应模型（Generalized Additive Mixed Models, GAMMs）拟合各指标的年龄变化轨迹，并通过ComBat算法进行跨数据集 Harmonization 以控制扫描仪差异。

3.1. Participants with PAE have smaller amygdala volumes and no significant amygdala development

结果显示，未暴露组在6.5–9.2岁（左侧）和2.0–4.1岁、6.4–8.7岁（右侧）均出现杏仁核体积的显著增长，而PAE组在整个年龄段内未检测到明显变化。PAE组双侧杏仁核体积在7.2–16.0岁（左侧）和7.9–13.5岁（右侧）显著小于对照组。

3.2. Participants with PAE show smaller PFC volumes and delayed, shorter, and faster development within our age range

未暴露组多数PFC亚区（如中额叶、下额叶）在儿童期至青少年期呈现体积下降，符合正常发育模式。相比之下，PAE组的PFC发育表现出“延迟启动、持续时间短、变化速率快”的特点。例如，左侧中额叶仅在10.2–16.8岁之间发生体积下降，速率高于对照组；而眶额皮层与额极则未检测到显著变化。PAE组在所有PFC亚区均显示体积更小，差异显著年龄段覆盖2.9–17.7岁。

3.3. Individuals with PAE display earlier plateaus in uncinate fasciculus development, more prolonged amygdala-PFC tract development, and higher FA and lower MD across the age range

在白质微结构方面，未暴露组的钩束FA在2.0–13.4岁间上升，MD在2.0–9.4岁间下降；PAE组钩束FA变化时间更短（左侧2.9–11.0年，右侧2.9–14.0年），MD下降更缓慢。相反，杏仁核-前额叶通路的发育在PAE组中更为持久（FA上升持续至18.8岁）。组间比较发现，PAE组在儿童期和青少年期多个阶段表现出更高的FA与更低的MD，表明白质成熟时序的整体前移与异常。

研究者进一步通过匹配年龄、性别和家庭收入的对照组进行敏感性分析，结果基本一致，支持结论的稳健性。此外，排除颅内体积校正或区分是否伴发神经发育/精神疾病并未改变主要发现。

本研究从发育神经生物学角度深刻揭示了PAE对关键脑结构与神经环路成熟轨迹的干扰：PAE导致杏仁核发育早期停滞，前额叶皮层发育延迟且进程缩短，白质纤维成熟时序混乱（钩束过早平台化、杏仁核-PFC通路延长）。这种时序差异扩大了杏仁核与PFC之间的成熟“时间差”，可能加剧“发育不匹配”现象，从而削弱前额叶对情绪和冲动行为的调控能力。白质微结构的异常则进一步限制了区域间的信息交流效率。这些发现共同指向PAE个体神经可塑性（neuroplasticity）降低，为理解其高风险行为、抑制控制缺陷提供了坚实的神经机制基础。

该研究的创新点在于采用大样本纵向设计与非线性建模策略，首次系统描绘了PAE下杏仁核-前额叶系统的多模态发育图谱。结果强调，PAE不仅导致脑结构体积改变，更关键的是扰乱其发育动力学（developmental dynamics）。这一认识对发展针对PAE群体的早期识别指标与干预策略具有重要价值，也为深入理解环境暴露与脑发育互作提供了范式参考。