长期接触家庭氡气的儿童和青少年在流体推理能力方面存在神经效率下降的证据

《Neurotoxicology and Teratology》：Evidence of decreased neural efficiency supporting fluid reasoning abilities in children and adolescents chronically exposed to home radon

　　

Sarah L. Greenwood|Haley R. Pulliam|Monica N. Clarke-Smith|Saige C. Rasmussen|Grace E. Parolek|OgheneTejiri V. Smith|Brittany K. Taylor

美国内布拉斯加州博伊斯镇，博伊斯镇国家研究医院，人类神经科学研究所

摘要

流体推理能力（Gf）是指在没有先前知识的情况下解决新问题的能力，这是一种高度整合的技能，对注意力和工作记忆等多个功能领域有着深远影响。像抽象推理这样的Gf能力在儿童期和青少年期会随着大脑功能网络的成熟而迅速发展。由于这种强大的可塑性，这些网络也极易受到环境中有毒物质的损害。本研究旨在探讨长期接触室内氡气——一种普遍存在且往往未被控制的毒素——与支撑Gf能力的神经动态之间的关联。共有101名8至15岁的正常发育青少年（平均年龄为12.34±2.23岁，其中51名为男性）在磁脑图检测过程中完成了抽象推理任务，同时进行了长期家庭氡气浓度检测。研究结果表明，随着家庭氡气暴露程度的增加，青少年在抽象推理任务中的反应速度显著变慢（b=45.88，p=.047）。此外，随着氡气暴露的增加，青少年右侧颞上回的θ波反应更为强烈（β=0.33，p=.002），右侧内侧前额叶皮层的α/β波反应也更为显著（β=?0.36，p<.001）。这些数据表明，在进行Gf处理时，存在与氡气相关的神经效率低下现象，这可能会对长期的神经认知发展产生影响。这些发现强调了进一步研究长期家庭氡气暴露对青少年潜在神经毒性影响的重要性，同时也再次凸显了提高公众对室内氡气安全意识的需要。

引言

流体智力（Gf）广义上指的是独立于先前知识解决新问题的能力，它与注意力、执行功能等重要的高级认知能力密切相关（Cochrane等人，2019；Cole等人，2015；Conway等人，2002），并且能够预测教育成就、社会功能以及心理健康方面的长期发展状况（Dudovitz等人，2016；Hailu等人，2024；Kern和Friedman，2008）。因此，有效发展流体智力至关重要，它为人生各个领域的长期发展奠定基础。像抽象推理这样的Gf能力在儿童晚期到成年早期会迅速发展（Mcardle等人，2002），而这些技能的提升与参与智力中顶叶-前额叶整合理论（P-FIT）相关的大脑区域的完善和成熟同步进行（Basten等人，2015；Fuhrmann等人，2019；Jung和Haier，2007）。该领域的最新研究显示，Gf能力的发展伴随着功能网络的重大重构（Wendelken等人，2016）。例如，Taylor等人（2020）在一组进行抽象推理任务的健康青少年中发现了P-FIT网络中各区域θ波振荡反应的年龄相关变化，这些变化解释了他们在任务中反应时间和准确率的提升。类似的研究结果在更大规模的重复研究中也得到了验证（Greenwood等人，2026）。此外，一项纵向研究指出，在P-FIT网络发育不成熟或效率较低的个体中，常见的补偿性区域的θ波和γ波反应较弱，而在更关键的P-FIT区域，如颞上回，β波和θ波活动则更为活跃，所有这些都有助于推理能力的提升（Taylor等人，2022）。

这些以及其他研究都表明，青春期是包括服务于Gf能力的P-FIT网络在内的高级认知网络成熟的关键时期（Larsen和Luna，2018；Tervo-Clemmens等人，2023；Uhlhaas等人，2010）。本质上，这类高级认知网络的功能性神经架构对各种输入极为敏感，能够随着经验的变化而迅速调整和适应。然而，正是这种高度的可塑性使得它们更容易受到不良因素的影响，包括接触环境中的有毒物质（Bearer，1995；Falck等人，2015；Rauh和Margolis，2016）。事实上，数十年的研究表明，生命早期接触重金属（Ramírez Ortega等人，2021；Sanders等人，2015）、合成化学物质（Engel等人，2010；Harris等人，2021）以及交通相关的空气污染等，都会导致Gf及与之紧密相关的认知能力的发展轨迹出现异常，同时也会改变大脑的结构和功能模式（Herting等人，2024；Morrel等人，2025）。最近也有越来越多的研究开始探讨长期家庭氡气暴露与青少年高级认知发展之间的关联。

氡是一种普遍存在的放射性气体，它是天然铀衰变的副产品，通常会渗透到室内环境中，并可能积累到有害水平（Al-Zoughool和Krewski，2009；美国环境保护署，2016）。作为一种吸入性有毒物质，过去的研究主要关注长期氡气暴露与肺部健康状况之间的关系，如哮喘、慢性阻塞性肺疾病和肺癌等（Chen，2013；Mukharesh等人，2022；Wang等人，2024）。然而，最近的研究也发现了长期氡气暴露对青少年神经认知健康和发展的影响（Smith等人，2024；Taylor等人，2024）。两项最新研究表明，随着家庭氡气暴露程度的增加，儿童和青少年在完成需要高级注意力控制的任务时，往往会出现明显的神经效率低下现象（Pulliam等人，2024）以及认知控制网络方面的问题（Pulliam等人，2025）。具体来说，那些暴露在较高水平氡气中的青少年，相对于暴露程度较低的同龄人，会过度消耗神经资源，同时还会调动额外的补偿性神经机制来维持任务表现。此外，研究人员还发现θ波、α波、β波和γ波振荡反应的发育轨迹出现了明显异常，其中年龄较小的儿童表现出最严重的神经效率下降。重要的是，这些神经动态的异常主要发生在与智力中P-FIT模型相关的额顶叶和颞叶区域（Pulliam等人，2025，Pulliam等人，2024）。不过，迄今为止还没有研究专门探讨儿童时期氡气暴露与这一关键时期正在发育中的Gf能力所对应的神经生理反应之间的关联。

本研究旨在探讨持续的家庭氡气暴露与支撑Gf能力的神经振荡活动之间的关联。我们利用磁脑图技术，对100多名青少年在完成抽象推理任务时的神经振荡反应进行了分析。基于之前在相关认知领域的研究成果（Pulliam等人，2025，Pulliam等人，2024），我们推测，较高的氡气暴露程度会导致与经典P-FIT网络相关的左侧脑区的多频段神经振荡反应出现效率低下的现象（Jung和Haier，2007）。我们具体假设，暴露在较高水平氡气中的青少年，其θ波和γ波的同步性会更强，而α波和β波的同步性则会减弱。我们还预计这些神经动态的发育轨迹会受到影响，推测那些暴露在最高水平氡气中的年轻参与者，其神经活动模式会偏离正常范围，而且可能会动用那些暴露程度较低的同龄人不会使用的补偿性神经机制。最后，我们研究了是否存在与氡气相关的神经动态异常，能够解释任务表现指标的差异。根据之前的研究结果（Pulliam等人，2025），我们预期异常的神经动态会导致任务中的反应时间和准确率出现补偿性提升。

章节节选

参与者

我们从美国内布拉斯加州奥马哈市周边地区招募了118名8至15岁的正常发育青少年（平均年龄为12.04±2.34岁，其中61名为男性）。需要说明的是，这部分研究样本已在之前的研究中有过描述（Bonney等人，2026；Greenwood等人，2026；Taylor等人，2025）。除了那些可能影响中枢神经系统的精神或身体疾病外，我们还对这些青少年进行了筛查，以确定他们是否装有无法取出的金属装置，比如正畸器材、针或螺丝等。

描述性统计与行为结果

在最初被招募参加研究的118名参与者中，有17人因为数据缺失（n=7）、磁脑图数据噪声过大且无法在预处理阶段得到有效清理（n=2），或者任务准确率过低（正确率低于60%，n=8）而被排除在最终分析之外。最终的分析样本由101名青少年组成（平均年龄为12.34±2.23岁，其中51名为男性）。通过对WASI-II标准化分数的分析，可以看出这些青少年的智力水平处于正常范围内。

讨论

本研究的目的是探讨长期家庭氡气暴露与支撑Gf能力的神经动态异常之间的关联程度。我们假设，氡气暴露会导致与智力中P-FIT模型相关区域的神经振荡发育模式出现异常（Jung和Haier，2007）。我们的研究结果表明，θ波以及α/β波的振荡都对氡气具有显著的敏感性。更具体地说，我们发现了……

CRediT作者贡献说明

Sarah L. Greenwood：写作——审稿与编辑，写作——初稿撰写，可视化，正式分析，数据整理。Haley R. Pulliam：写作——审稿与编辑，可视化，正式分析，数据整理。Monica N. Clarke-Smith：写作——审稿与编辑，数据整理。Saige C. Rasmussen：写作——审稿与编辑，数据整理。Grace E. Parolek：写作——审稿与编辑，数据整理。OgheneTejiri V. Smith：写作——审稿与编辑，数据整理。Brittany K. Taylor：写作

资金支持

本研究得到了国家环境健康科学研究所（项目编号：R21-ES035146，资助对象为BKT）以及国家普通医学科学研究所（项目编号：P20-GM144641，资助对象为BKT）的支持。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢

我们要感谢那些慷慨抽出时间参与本研究的儿童及其家人。没有他们的支持，这项研究就无法得以开展。