人脑杏仁核亚区与前额叶环路功能整合从青少年到成年期的差异化发育轨迹揭示情感与认知控制神经基础

本研究利用7T超高场强纵向fMRI技术，首次在143名10-32岁健康人群中解析了杏仁核各亚核与前额叶子区域的功能连接发育轨迹。研究发现基底外侧杏仁核(BLA)与背外侧前额叶(dlPFC)连接随年龄增强，中央杏仁核(CEN)与腹内侧前额叶(vmPFC)连接在青春期达峰后下降，而杏仁核-皮层过渡区(CAT)与前扣带回(ACC)连接呈现U型发育模式。这些连接强度分别与情感调节能力、工作记忆表现显著相关，揭示了杏仁核亚区功能特异性发育与精神疾病风险窗口期的神经机制。

　　

青春期作为大脑发育的关键窗口期，其神经环路的重塑过程一直备受关注。特别是杏仁核与前额叶皮层(Prefrontal Cortex, PFC)的功能整合，被认为是支持情感调节和认知控制能力发展的核心神经基础。然而，由于技术限制，传统3T磁共振难以解析杏仁核内部多个亚核的精细结构，导致先前研究多将杏仁核视为单一结构，使得针对不同杏仁核亚区发育轨迹的研究几乎空白。更棘手的是，关于前额叶-杏仁核功能连接在青春期发育方向的研究结论存在严重分歧——有些研究发现连接增强，有些则发现减弱。这种分歧可能源于杏仁核本身的功能异质性：不同亚核可能遵循完全不同的发育规律。

针对这一难题，匹兹堡大学的研究团队在《Cell Reports》发表了突破性研究。他们利用超高场强7T磁共振成像技术，对143名10-32岁参与者进行纵向追踪，首次实现了对杏仁核9个亚核的个体化分割，并系统绘制了各亚核与前额叶子区域的功能连接发育图谱。研究不仅揭示了不同亚核的差异化发育轨迹，更发现了这些连接与情感、认知行为的特异性关联，为理解青春期神经发育提供了全新视角。

研究采用多模态纵向设计，主要技术方法包括：7T MP2RAGE序列获取高分辨率结构像用于杏仁核亚核分割（FreeSurfer 7.4.1）；多波段EPI序列采集静息态和任务态（记忆引导眼跳任务）功能像；使用基于AFNI的预处理流程进行头动校正、去噪和频域滤波；采用广义加性混合模型(GAMM)分析发育轨迹；通过Neurosynth元分析解码心理功能关联。样本来自匹兹堡大学招募的社区健康人群，经过严格精神病学筛查。

distinct developmental trajectories of fronto-amygdala connectivity across nuclei

研究发现杏仁核亚核与前额叶的连接呈现高度特异性的发育模式。基底外侧杏仁核的基底核(BN)和外侧核(LN)与背外侧前额叶(dlPFC)的功能连接随年龄持续增强，反映认知相关环路的成熟化。相反，中央核(CEN)与腹内侧前额叶(vmPFC)的连接呈现倒U型轨迹，在青春期中期达到峰值后逐渐下降，这与情感处理系统的发育规律一致。最引人注目的是杏仁核-皮层过渡区(CAT)与前扣带回(ACC)各亚区的连接，表现出独特的U型轨迹——青春期中期暂时性减弱后，在成年早期重新增强，提示社会情感功能的二次重组。

fronto-amygdala connectivity predicts individual differences in effect and cognitive performance

这些发育中的连接与行为表现呈现特异性关联。vmPFC-CEN连接越强，内部化行为越少且反应速度越快；dlPFC-LN连接增强与情绪调节困难减少相关；而sgACC-CAT连接增强则与更多外部化行为和工作记忆准确性变异相关。研究还发现显著的性别差异：女性在dlPFC/vlPFC-LN连接增强与情绪调节改善相关，而男性在vmPFC-CEN连接增强与外部化行为减少相关。

amygdala nuclei exhibit functional specialization across psychological domains and development

心理功能解码分析揭示了杏仁核亚核的功能特异性。成人数据分析显示，BLA核团与恐惧、焦虑功能高度相关，CEN则特异性关联强化学习；发育分析发现，随着年龄增长，各亚核的心理功能关联逐渐分化，从青少年期的功能重叠向成年期的功能特异性转变，体现了神经环路的发育专业化过程。

这项研究首次系统绘制了人脑杏仁核亚区水平的功能连接发育图谱，解决了长期存在的学术争议。研究发现不仅证实了动物模型中杏仁核异质性在人类大脑的存在，更揭示了不同亚核与前额叶的差异化发育规律：BLA-外侧PFC环路支持认知功能成熟，CMA-腹侧PFC环路介导情感功能发展，而SFA-ACC环路可能支持社会情感功能重组。这些特异性发育轨迹为理解青春期典型行为特征（如风险寻求、情绪波动）提供了神经机制解释，更重要的是为精神疾病研究提供了精准的神经靶点——不同精神障碍可能对应特定杏仁核亚区环路的发育异常。研究采用的7T超高场强成像与个体化分割方法为未来脑发育研究设立了新标准，而发现的性别差异提示了神经发育的多元化路径，对发展个性化干预策略具有重要启示意义。