全脑关联模式反映了社会经济状况

《SCIENCE》：Patterns of brain-wide associations reflect socioeconomics

　　

编辑总结

已知环境因素会影响大脑的功能与结构。Marek等人利用来自多种来源的成像数据，对649种表型及暴露因素与大脑功能结构之间的全脑关联进行了分析（详见Sisk和Satterthwaite的观点文章）。在青少年群体中，社区层面的社会经济状况与大脑的全脑关联最为显著，这种单一的暴露模式可解释所有全脑关联研究中34%的变异。在他们的数据集中，当适当考虑社会经济地位后，传统的大脑与智商之间的关联几乎消失了。这些结果为理解环境对大脑发育的影响提供了重要见解。——Mattia Maroso

结构化摘要

引言

全脑关联研究将行为特征[如智商]或生活条件（如社会经济地位）的个体差异与我们大脑功能结构的变异联系起来。常用的全脑关联研究指标包括通过磁共振成像获得的静息态功能连接，它能基于自发的神经活动来绘制大脑网络图，以及皮质厚度。以往的全脑关联研究多将大脑成像数据与单一特征相关联，最常见的就是智商或心理病理学特征，这类研究更注重关联强度而非空间模式。尽管大规模样本有助于提高全脑关联研究的重复性，但不同环境及行为变量之间的相对重要性、它们彼此之间的关系，以及背后大脑模式的解读仍不明确。

研究依据

拥有数千名参与者的数据集使我们能够同时将数百个非成像变量与大脑联系起来，并将这些变量相互比较，同时与已确定的神经生物学参考模式进行对比。这一框架借助现有的大脑生物学知识，通过归纳推理得出结论。例如，高级认知功能依赖于额叶和顶叶皮质，而睡眠不足和压力则会影响初级运动区和感觉区。以这类神经生物学模式为指引，我们能够更准确地从全脑关联研究的结果中解读出意义，判断哪些全脑关联可能是由混杂因素导致的，或者仅适用于某些特定人群。

研究结果

在9到10岁的大规模样本中，649个非成像变量中，社会经济指标与大脑的全脑关联最为显著，且重复性也最高。其中最强的关联是与儿童所在地区的社会经济机会相关的。这种社会经济相关的大脑模式十分突出，影响着许多其他全脑关联研究的结果。社会经济关联主要出现在初级运动区和感觉区，其空间分布与觉醒和压力相关的模式高度相似，比如去甲肾上腺素受体密度、睡眠时长以及兴奋剂药物的作用，同时与高级认知功能的功能性磁共振成像模式呈负相关。出乎意料的是，智商的全脑关联研究结果与社会经济模式十分接近。在调整了社会经济因素后，大脑与智商之间的关联减弱，且从与觉醒相关的模式转向更类似于认知功能的模式，这表明社会经济因素存在混杂作用。在那些社会经济地位较高、社会经济状况与智商之间没有关联的样本上训练的多变量大脑-智商模型无法得到有效结果。只有当训练样本包含来自社会经济地位较低社区的儿童时，大脑-智商模型才能检测到关联，但这些关联具有误导性，因为经过智商训练的模型依然能比直接用智商数据更好地预测社会经济状况，这体现了“捷径学习”的现象。

结论

与其他变量相比，社会经济状况与大脑功能结构之间的关联更为强烈。主导性的社会经济相关大脑模式与睡眠不足和压力带来的影响一致，主要体现在初级运动区和感觉区，而额叶和顶叶皮质中的高级认知区域则不受太大影响。因此，很可能是由社区社会经济状况所反映的环境因素，包括睡眠和压力，极大地影响了儿童时期大脑的发育结构。这与受混杂因素影响、实际上反映的是对社会经济状况的“捷径学习”而非大脑本身差异的大脑-智商关联有所不同。考虑社会经济因素有助于更好地解读全脑关联研究的结果，并提升其普遍适用性。总而言之，社区社会经济状况是影响儿童时期乃至之后大脑发育结构的主要因素，这一影响可能通过睡眠和压力实现。

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社会经济状况是影响儿童时期大脑发育结构的主要因素。

“青少年大脑认知发展”研究显示，社会经济状况与大脑发育结构之间的关联最为强烈。社会经济状况通过与睡眠和压力相关的觉醒模式，尤其是去甲肾上腺素和兴奋剂作用相关的模式，主导着整体人群的大脑结构差异。社会经济状况相关的模型在不同群体中都表现出较强的通用性，这也凸显了其在儿童全脑关联研究中的核心地位。[图表由Lucy Reading-Ikkanda制作]

摘要

以往的全脑关联研究已将特定的环境及行为变量与大脑的差异联系起来。在本研究中，我们将649个变量与儿童的大脑结构进行了关联分析，并将这些全脑关联研究的结果相互比较，同时与神经生物学参考模式进行对比。结果发现，社会经济状况与大脑的全脑关联最为显著。这类关联在运动区和感觉区最为明显，而在认知区域则不显著，这一模式在包括智商在内的许多全脑关联研究结果中都存在。在不同的变量中，都存在一种共同的全脑关联模式，而这种模式最能反映儿童的社会经济状况。在调整了社会经济状况因素后，大脑与智商之间的关联减弱，同时运动区和感觉区的关联模式也消失了。在来自社会经济状况较高的子样本上训练的大脑-智商关联模型也无法得到通用性结果。因此，儿童大脑的结构差异最大程度地受社会经济状况的影响，这一影响可能源于与社会经济状况相关的睡眠不足和压力。