发展心理学 课件 第四章 脑发育对个体毕生发展的影响

第四章

脑发育对个体毕生发展的影响第一节

脑发育概述一、脑发育的基本规律人脑结构发展的基本规律为：大脑灰质体积从孕中期开始快速增加，且在6岁前达到顶峰而后缓慢下降；大脑白质体积也从孕中期开始快速增加，在29岁前达到顶峰，50岁后开始加速下降。人脑功能发展的基本规律为：负责视听和运动感知觉的脑区的功能成熟较早，而负责高级认知的额叶和顶叶脑区的功能成熟较晚，额叶和顶叶的发展一直延续到青春期，在进入老年期后，发展速度逐步下降。二、脑发育的主要研究技术手段磁共振成像技术（MRI）可以获得同一个体在不同年龄阶段多次扫描大脑结构的数据，从而了解大脑是如何发育的。它帮助我们获得健康儿童和成人的大脑影像，并据此分辨大脑中的不同组织结构，是记录脑内氢原子核的磁共振现象所产生的信号而重建脑图的技术。大脑中各种组织的信号强度各异，因此可以得到不同灰度的大脑结构图像。（一）磁共振成像技术二、脑发育的主要研究技术手段近年来，研究者还发展了弥散张量成像技术（DTI），主要用于考察大脑白质纤维束结构的发展。它的主要原理是测查大脑白质中水分子的运动方向。此外，功能性磁共振成像技术（fMRI）可以用于考察大脑的功能影像。功能性磁共振成像技术记录的是血氧水平依赖性信号。当大脑中某些区域比较活跃时，这些区域会占用更多的含氧血液。fMRI包括静息状态下的fMRI和任务状态下的fMRI。任务状态下的fMRI可以反映个体在执行某个任务时大脑的活动。而静息状态下的fMRI不要求个体执行任务，能够解释大脑自发的神经活动规律和连接模式。（一）磁共振成像技术二、脑发育的主要研究技术手段功能性近红外光谱成像技术（fNIRS）是利用近红外光检测对神经元活动相关的血氧变化。通常，研究者会把近红外光的发射器和探测器放在一个紧贴头皮的帽子里面，让儿童将帽子戴在头上。它的优势在于拥有较高的时间分辨率，头动影响相对较小，很适合研究清醒状态下的婴儿的脑活动。与fMRI一样，fNIRS也并非对大脑神经元活动的直接测量，而是对脑内血氧变化的测量。研究者在对新生儿或婴幼儿使用任务状态下的fMRI或fNIRS时，应当考虑血氧动力学响应函数随年龄的变化。（二）功能性近红外光谱成像技术二、脑发育的主要研究技术手段脑电图（EEG）是指用脑电图机所描记的脑部生物电的曲线图。分析脑电图的波形、波幅、节律等变化，对于了解脑的活动情况和诊断大脑疾病有一定的帮助。事件相关电位（ERP）是指当对感觉系统施与或撤去特定刺激时，脑部产生的相应电位变化。事件即特定刺激，是心理生理学研究中观察脑功能的重要指标之一。这种变化，大脑在无意识自动加工中能产生，甚至当规律性刺激突然消失时也能产生。（三）脑电图和事件相关电位二、脑发育的主要研究技术手段脑磁图（MEG）测查的是神经元突触后电位所产生的电流形成的脑磁场信号。它是对神经元活动的直接测量，拥有相对较高的时间分辨率，空间分辨率高于EEG但低于MRI，限于考察大脑皮质的活动，而无法考察大脑内部较深部位的活动。（四）脑磁图三、脑发育的影响因素双生子研究是行为遗传学中常用的研究方法，通过比较同卵双生子和异卵双生子之间在某种行为特征上的相似性，探索遗传和环境对这种行为特征的影响程度。双生子可以分为同卵双生子和异卵双生子两类。许多双生子研究表明，大脑结构具有很高的遗传性，同卵双生子比异卵双生子脑结构的相关性更高。双生子脑结构的研究表明，成人和儿童大脑结构的变异主要由遗传因素决定，且不同脑区的体积受遗传因素的影响程度各异。（一）双生子脑发育研究：揭秘脑智遗传力三、脑发育的影响因素1.全基因关联研究：探索脑智发育相关基因分子生物学的发展使研究者能够在分子层面探索基因与大脑的关系，进而使得探索哪些遗传因素与环境因素可能对大脑具有影响成为可能。全基因组关联研究（GWAS）是用来寻找与复杂行为或疾病相关的遗传因素的研究方法，将其用于探索脑智发育，有助于找到与其相关的基因。（二）基因型与环境对个体脑发育的影响三、脑发育的影响因素2.BrainSpan：人类脑发育的基因图谱脑基因图谱就像是脑基因的电子地图。2012年，美国艾伦脑科学研究院的研究者公布了“艾伦人类脑基因图谱”，标识出人类基因在大脑中的表达位置及其水平。BrainSpan（人类脑发育的基因图谱）项目是“艾伦人类脑基因图谱”中最新公布的一部分，该项目数据库涵盖跨越11个发展阶段（从胎儿期到老年期）的8～16个脑结构全基因组水平的基因表达数据，包括胎儿期的高精度脑结构参考图谱。对基因在不同年龄阶段个体大脑上的表达变化进行研究，对于了解人类大脑发育和进化有着重要意义。（二）基因型与环境对个体脑发育的影响三、脑发育的影响因素3.环境对脑发育的影响布朗芬布伦纳认为遗传因素和环境因素交互影响着个体发展，提出了生态系统理论。近年来，许多研究者致力于解释环境因素对大脑结构的影响。家庭经济收入父母受教育程度父母的行为学校师生关系……（二）基因型与环境对个体脑发育的影响第二节

个体正常脑发育一、婴幼儿的脑发育人类的脑发育在受孕后就已经开始，一直到青春期晚期才基本完成。很多脑发育过程将在胎儿期发生。然而，出生后的脑发育对于人类有特殊的意义。在精子与卵子结合后，受精卵开始发育。经过不断的细胞分裂，细胞团块称为内细胞团，分为内、中、外三层，其中外层将发展为中央神经系统，包括大脑、脊髓和外周神经系统等。神经板是人类大脑的基础。受孕大约22天后，胚胎的神经板开始向内折叠，变成神经管。神经管的前部将会形成大脑，尾部将会形成脊椎。胚胎大脑的发育受到基因编码和环境的共同影响。一、婴幼儿的脑发育出生后，婴幼儿的脑容量不断增加。出生后3～4周，婴儿的脑容量就可以达到成人脑容量的三分之一左右，而2岁时可以达到成人脑容量的五分之四左右。在出生后的前两年，大脑灰质的增长速度较快，而白质的增长速度略慢，这种大幅度增长并非主要源于突触、树突和纤维束的快速增长。额叶皮质的突触连接发展较慢。突触髓鞘化对出生后的脑容量增加也有影响。突触髓鞘化是指围绕神经纤维的脂肪鞘不断增长，从而提高信息传递速度。在人类大脑的颞叶内有一个类似海马形状的脑区，对学习和记忆有重要的作用，被称为海马脑区。2岁时儿童海马脑区的髓鞘化基本达到成人水平，但是海马脑区当中一些分区的髓鞘化发展会一直延续到成年期。一、婴幼儿的脑发育对婴儿脑发育的研究表明，感觉运动和听觉网络在出生时就已经形成，视觉网络在出生后的前三个月快速发育，默认网络和突显网络在出生后的半年内快速发育，而执行功能网络发育最慢。婴幼儿脑发育的重要特点之一是大脑可塑性。大脑可塑性是指大脑可以根据环境而改变的能力分为经验期待的大脑可塑性和经验依赖的大脑可塑性。第一种是人类为了适应环境的而具有的一种进化策略，第二种是每个人体验到独特的信息对大脑的影响。二、儿童青少年的脑发育人类的中枢神经系统由脑和脊髓构成。脑包括大脑和小脑，大脑又分为额叶、顶叶、颞叶、枕叶四个区域。儿童青少年的大脑总容量发育轨迹呈倒U形曲线，增速呈现先增加后减少的趋势。男性与女性的脑发育轨迹具有差异。女孩大脑容量的发育峰值约在10.5岁，男孩大脑容量的发育峰值约在14.5岁。此外，男孩的大脑容量平均比女孩多10%左右。即使是同一年龄阶段、同性别的儿童的大脑发育状况，仍然具有较大的个体差异。二、儿童青少年的脑发育青春期是身心快速变化的时期。一般认为，青少年的情绪发展和决策能力发展与其大脑额叶和皮下组织的发育密切相关。在青春期，随着年龄增长，大脑皮质变薄，但是杏仁核脑区的体积增加。不仅如此，大脑的结构和功能发育在青春期也有很大的个体差异。脑发育的过程也是塑造大脑内神经连接模式的过程。在遗传和环境的影响下，个体逐渐形成自己独特的连接模式，而这种连接模式可以区分不同的个体。大脑独特的连接模式随年龄增长而发展，并且这种连接模式存在性别差异，女孩的大脑连接模式的个性化形成时间早于男孩。三、正常脑老化从成年期到老年期，随着年龄增长，认知发展方面，正常个体的流体智力（例如加工速度与短时记忆和长时记忆）降低，而晶体智力升高；脑结构方面，大脑额叶皮质、海马脑区、小脑等体积减少，但是初级视觉皮质等一些脑区的体积变化相对较小。有些脑区体积在成年早期就随年龄增长而直线下降，而另一些脑区体积则先持续增长到成年中期后下降。在老年期，随着年龄增长，正常老年人的脑容量、灰质体积、白质体积、海马脑区和额叶皮质都逐渐减少，而脑室内的脑脊液容积增加。三、正常脑老化脑功能方面，正常老年人的记忆衰退与大脑内侧颞叶（特别是海马脑区）和前额叶的脑功能老化密切相关。在完成视觉空间工作记忆任务时，年轻人只出现左侧大脑半球的腹背侧前额叶激活，而老年人出现了左右双侧大脑半球的激活。在完成情景记忆的编码和提取任务时，与年轻人相比，老年人的海马脑区激活水平降低。第三节

个体异常脑发育一、儿童青少年的脑发育异常早产儿是指胎龄超过28周，但不满37周的活产婴儿。出生时体重较低的早产儿，他们大脑和小脑的容量都较小。大部分早产儿并不会出现严重的脑损伤，但部分早产儿会出现脑发育异常（例如脑瘫）和认知能力缺陷。（一）早产儿的脑结构和功能发育异常一、儿童青少年的脑发育异常注意缺陷多动障碍又称多动症，包括注意力不集中和活动过度或冲动。它是神经发育中较为常见的一种疾病，在学龄儿童中的发生率在3%～7.5%。注意缺陷多动障碍患儿的多处脑区，特别是前额叶皮质的厚度发育迟缓，脑功能连接发育延迟，主要涉及默认网络内部、默认网络与额顶网络、腹侧注意网络内部连接。注意缺陷多动障碍受遗传和环境的共同影响。药物治疗、心理行为治疗以及生物反馈治疗都可以有效缓解注意缺陷多动障碍的症状。（二）注意缺陷多动障碍儿童的脑发育异常一、儿童青少年的脑发育异常孤独症是一种神经系统发育失调所导致的疾病。孤独症谱系障碍包括阿斯佩格综合征和非典型孤独症。孤独症患儿难以理解他人的思想和情感，表现出语言和社会认知交往能力障碍。（三）孤独症儿童的脑发育异常一、儿童青少年的脑发育异常孤独症的重要生物学症状是脑结构早期发育过度、轨迹异常等。孤独症患儿的大脑皮质异常发育一般经历三个阶段：儿童早期加速扩张；青春期加速变薄；成年早期减速变薄，且具有脑区特异性。目前，孤独症并没有特效治疗药物。一方面，早期行为训练干预方法可以在一定程度上提高孤独症患儿的语言和社交能力。另一方面，研究者也在尝试采用脑电生物反馈和神经调控技术，改善孤独症患儿的症状。（三）孤独症儿童的脑发育异常二、中老年的脑老化异常阿尔茨海默病（AD）是一种神经系统退行性疾病，临床表现为记忆障碍、语言能力等认知能力下降。据估计，阿尔茨海默病的发生率在65岁以下是4%，而在85岁时可攀升到40%～50%。阿尔茨海默病的病程可分为三个阶段：前临床期、轻度认知损害和痴呆。该疾病与脑中异常的蛋白不断累加有关，导致突触、神经元和轴突的损伤。（一）阿尔茨海默病二、中老年的脑老化异常AD患者的大脑皮质出现萎缩，特别是内侧颞叶（包括海马脑区）萎缩明显。研究者采用静息态磁共振成像技术发现，阿尔茨海默病患者大脑的默认网络连接减弱，而额叶认知网络连接表现出先增强后减弱的趋势。近年来，研究者尝试采用经颅磁刺激技术或经颅直流电刺激，针对大脑前额叶或颞叶前部进行无创刺激，试图提高阿尔茨海默病患者的认知能力。（一）阿尔茨海默病二、中老年的脑老化异常帕金森病（PD）是常见的脑老化异常疾病之一，主要临床表现为运动障碍，表现出震颤、僵直等行为。一般认为，它与脑中的多巴胺神经元退化有关。该病会影响大脑基底核的功能。功能性磁共振成像研究表明，帕金森病患者的额叶和顶叶体积减小与认知能力下降有关。当药物已经无法控制该疾病时，可以考虑采用脑起搏器，即在脑内植入电极释放电刺激，这是治疗重度帕金森病的一种方法