综述：神经变异性作为适应性大脑功能的标志

《Brain Structure and Function》：Neurovariability as a signature of adaptive brain function

　　

神经变异性（Neurovariability）指的是个体之间在大脑结构和功能组织上自然存在的差异。这种变异性并非噪声，而是反映了人类神经生物学的一种适应性特征，支持整个进化和生命周期中的多样性、灵活性、学习和韧性。在此，研究人员总结了神经变异性的解剖学、功能学和进化基础，其与健康和疾病的相关性，以及当前量化方法的局限性。通过将神经变异性理解为复杂系统的涌现特性，研究人员强调了其在推进个性化神经科学中的重要性。

**什么是神经变异性？**
神经变异性（Neurovariability）指个体之间在大脑结构和功能上可测量的自然差异，涵盖从分子解剖（如受体分布）、细胞构筑（如细胞分层）、表面解剖（如脑回化）、连接解剖（如白质纤维束）到功能特征（如神经指纹）等多个尺度。历史上这些差异曾被视作噪声或生物缺陷，但近年来越来越被认识到是大脑组织的核心适应性特征。该变异性包含个体内变异性（intraindividual variability）、个体间变异性（interindividual variability）、组内变异性（within-group variability）、组间变异性（between-group variability）以及全生命周期变异性（across the lifespan）等类型，并支撑认知、行为和学习差异，从早期发育可塑性到衰老中保留的变异性均构成个体认知图谱的基础。

**历史、发育和进化基础**
早期解剖学家已注意到人类大脑折叠模式的显著差异，19世纪Heinrich Sachs提出“变异性定律”（law of variability）。死后解剖研究记录了25个半球上的沟回模式，揭示次级和三级沟回的形态、长度和位置的个体间差异。该变异性起源于发育过程，三级沟回在妊娠晚期甚至出生后出现，受遗传和结构约束影响。发育早期突触过度产生、修剪和环境响应使大脑组织高度可塑，为个体适应提供探索空间。敏感期概念源自行为学（如印记、面孔感知、语音感知），后被Hubel和Wiesel在视觉系统中神经层面证实，Lenneberg将其延伸至语言习得。白质结构同样受阅读习得等行为影响，且发育窗口内作用尤为显著。成年后神经变异性趋于稳定，但功能代偿（functional vicariance）——即通过不同神经配置完成相同认知任务的能力——仍至关重要，例如老年人记忆任务中前额叶激活增加。健康衰老中变异性可能随认知下降和代偿机制而增加，个体发育轨迹差异与认知韧性相关。现代神经解剖学借助影像方法揭示变异性跨及所有尺度，细胞构筑区大小和位置存在个体差异，皮层厚度、面积、体积因人而异且随生命周期变化，脑回化和白质通路在形态、发育与衰老轨迹及半球不对称性上均表现出显著变异。进化角度而言，联合皮层中个体间变异性最高，以支持大脑适应复杂环境的能力，变异性并非噪声而是大脑组织的根本原则。

**跨尺度的神经变异性**
变异性在多个解剖尺度上产生：微观尺度（microscale）涉及受体密度和基因表达；中观尺度（mesoscale）涉及皮层折叠和白质结构；宏观尺度（macroscale）涉及网络配置和半球不对称性。这些尺度上的变异共同构成从分子到宏观层面的完整变异性谱，反映大脑组织的多层次复杂性。

**临床人群中的变异性**
临床人群的神经变异性可沿两组互补的轴理解：组内变异和组间变异。神经疾病和神经肿瘤疾病（如卒中、肿瘤、创伤性脑损伤）在两组轴上都表现出显著变异性——组内源于病灶位置、范围和网络级后果的异质性，组间则因结构功能图谱相对于健康人群的广泛离散。精神疾病和神经发育疾病（如精神分裂症、自闭症）同样伴随大量个体间异质性，但反映的是发育轨迹的分化而非局灶性损伤，个体可能共享诊断标签却呈现不同功能连接模式，符合跨诊断框架（transdiagnostic framework）。表征和量化这些变异对于将个体病例置于群体分布中、区分疾病特异性模式与大脑组织一般原则至关重要。该双轴框架强调变异性是临床人群的基本属性，源于不同潜在机制，并促使重新将临床状况视为神经生物学变异范围或时间窗口的改变，而非单纯缺陷。

**当前方法与局限性**
现有方法旨在测量结构神经变异性：常用方法估计个体脑灰质和白质图与模板的变形程度（deformation）（以毫米/体素表示），将其提取为变异性图并投影至连接组或脑表面；另一种是规范建模（normative modelling），估计典型脑特征的分布（如皮层厚度、白质指标），识别偏离规范的个体；全生命周期的脑图（brain charts）也逐渐可用。然而，这些方法基本假设神经变异性反映对规范平均值的偏离，且过度依赖群体层面表征，难以区分非典型性与健康发育变异。例如阅读发展研究显示早期低于诊断阈值的儿童可能后来超出诊断，而晚期出现的阅读困难可能早期未能识别。研究人群以西方大学生为主进一步限制了观察的变异性范围，可能忽略重要解剖和功能多样性。当前结构方法主要捕获相对于静态参考的变异，未考虑大脑组织随时间动态展开的方式或个体如何采用不同神经配置实现相似功能。为此，已出现补充方法表征结构和功能域中的个体特异性，但这些方法普遍缺失时间动态。此外，测试-重测信度和测量变异性会影响神经变异性的估计，扩散磁共振成像指标可能同时源于生物学和方法学来源，需仔细区分真性生物变异与方法噪声，例如通过重复测量、信度显式建模和协调化方法。

**理论进展**
神经变异性可理解为复杂系统的涌现特性，源于遗传、环境和发育影响的动态相互作用，而非固定的群体层面特质。功能代偿（functional vicariance）是关键原则，指大脑通过不同神经通路实现相同行为输出的能力，支撑认知灵活性和韧性。变异性并非生物错误，而是经验在固定解剖支架内运行的结果。此外，变异性在适应窗口内运作，太少或太多可能预示病理状态。神经疾病和精神疾病常表现为与健康人群相比大脑结构和功能的差异增大，可能反映神经变异性的幅度或分布偏移。病理本质上是变异性景观的重构，改变大脑功能和适应性。关键理论挑战在于定义典型神经变异性的范围和边界，确定偏离在何时反映非典型性或病理而非适应性多样性，以及开发检测和量化此类偏离的工具。

**结论**
神经变异性是大脑结构的适应性特征，经进化塑造以支持学习、灵活性和韧性。它跨越尺度和生命周期显现，对认知、发育和功能恢复至关重要。绘制和建模神经变异性，并认识到其在不同情境和人群中的复杂性，对于推进个性化神经科学不可或缺。通过接纳人类神经组织的多样性，我们更接近理解大脑功能的个体性与普遍性。