20歲之後腦力開始退步？不不不，人腦的巔峰到66歲

特大好消息，雖然身體在青春期過後已經不會再長高了，但大腦直到32歲都還在發育！

一項劍橋大學的新研究發現，人類大腦在9歲、32歲、66歲和83歲左右會經曆四個主要的“轉折點”，也就是說，青春期可以持續到32歲，直到這時，人類的性格和智力才會在青春期早期的變化之後達到“平台期”並趨於穩定。

更厲害的是，大腦的“巔峰期”可以持續到66歲，之後才開始下降。

這項研究11月底發表在《自然通訊》雜誌上，分析了近4000例參與者的大腦掃描圖像，這些參與者的年齡從0到90歲，涵蓋了人類發育的各個階段，是迄今為止數據量最大最全麵的人腦發育研究之一。

不要再被35歲人就變老之類的論調嚇到了，大腦的最佳年齡就是現在。

超大數據庫揭示腦發育真相

在我們的一生中，大腦的結構和功能都在發生變化。大腦的認知能力或者大腦的工作效率就像一個n字型，在某個年齡段之前一直在增強，而過了這個年齡段以後則會倒退。

在過去，我們一直認為二十歲出頭是大腦功能的巔峰，之後就是一路下坡路。世界衛生組織將青春期定義為10至19歲。2018年，《柳葉刀》醫學雜誌的一份報告指出，青春期結束於20多歲。

但英國劍橋大學最新的研究成果否定了這點，並且告訴我們，不管身體的青春期如何定義，至少大腦生長發育的青春期一直到32歲，並且直到66歲，都是大腦表現最好的黃金壯年時期。



信一信又不會有什麽損失｜圖源小紅書@我要成為金海豚momo

之前的錯誤認知來源於過於簡單片麵的研究。大腦的功能十分複雜，此前的研究隻追蹤了某一個年齡段，或者某一項大腦指標，就像盲人摸象，每項研究都隻摸到了大象的一部分，對大腦發育整體的認識還是遠遠不夠的。

為了把握大腦的全貌，英國劍橋大學的研究人員收集了0-90歲人群的4216份樣本，想要整體刻畫大腦結構網絡在一生中的變化軌跡。



dMRI下的大腦連接組，反應了大腦中各纖維的連接情況｜wikimedia commons

這些數據來自 9 個大型國際數據庫：有美國多中心的新生兒—幼兒腦連接組項目（Baby Connectome Project，BCP），覆蓋不同學習困難和社會經濟背景的劍橋大學 MRC 認知與腦科學中心的三個兒童隊列（CALM、RED、ACE），英國針對新生兒的大型合作項目——人類發育連接組項目（Developing Human Connectome Project，dHCP），還有著名的人類連接組項目（Human Connectome Project），其中包含發展期的 HCP-Development（HCPd）、青年成人的 HCP-Young Adult（HCPya），以及 36–90 歲人群的 HCP-Ageing（HCPa）。最後是關注中老年認知與腦健康的劍橋老齡化及神經科學中心（Cambridge Centre for Ageing and Neuroscience，CamCAN）項目。

這些來自英國、美國等多個國家和研究中心，既有新生兒、幼兒，也有兒童、青年、中年和老年人的龐大數據組，湊出了這隻覆蓋 0–90 歲、超過四千人的超級大腦，為刻畫大腦在我們一生中的變化過程做好了準備。

二十歲後開始走下坡路？不不不

整合所有數據後，研究人員發現，隨年齡變化的大腦結構網絡，並不是一條平滑的線，這條曲線中有4個明顯的拐點：9歲、32歲、66歲、83歲，從而把人生劃分為五個階段。

每個階段中，大腦網絡都有不同的變化模式：有的階段主要在提升整體思考和信息傳遞的效率，有的階段則更側重於把各個功能分區打磨得更精細。

9歲之前，是大腦打地基的階段。在這段時間裏，大腦的灰質和白質迅速生長，各個功能區逐漸搭建起來，腦區內部的連接也一天天變得更緊密。我們從一個隻會哭的小嬰兒，慢慢發展成會翻身、會走路、會開口叫人、能聽懂指令、開始學認字的小孩。背後對應的，就是語言區、運動區、視覺區、執行功能相關腦區等的逐漸建立與成熟，為將來更複雜的學習打下基礎。

9歲到32歲，各個功能區之間的聯係不斷被優化，跨區域的信息傳遞效率持續提高，大腦整體的工作效率也在穩步上升。在這一時期，我們的大腦越來越擅長處理複雜任務。

比如踢足球時，一邊高速奔跑、一邊觀察隊友和對手的位置，還要在瞬間做出傳球還是射門的決定；學習時，一邊聽課一邊記筆記，還要理解知識背後的抽象概念；工作和生活中，同時兼顧工作進度、家庭事務、人際關係……這些看似自然的能力，其實都依賴於大腦內部大範圍、多功能網絡的協同運作。



大腦的連接數量（Density）以及連接強度（Strength）隨年齡的變化趨勢，可以看到連接數量在一生中會不斷優化，而連接強度則會一直上升｜圖源：論文

32歲是一個拐點，拐點之後大腦的整體效率不再提升，但各個功能區仍在完善。進入中年後，反應速度可能確實不如年輕時那麽快了，可是憑借功能區內部更成熟的協作和幾十年的經驗積累，我們在許多熟練工作上反而做得更好——在看病人時，老醫生一眼就可以找出病因；一聽到項目情況，老師馬上就能找出實驗中的紕漏等。

在這個階段，經驗和熟練度成了最寶貴的資源，雖然速度比不上年輕人，但很多事情仍然比年輕人做得更好。



醫生問診｜wikimedia commons

66歲之後，大腦整個組織方式的側重點再次發生改變，各功能區的連接變得更差，這會讓各腦區偏向各自為戰而不是協同合作。這時，大腦處理一件事還行，多件事並行往往就會出錯。

如帶孫子出去買菜的老人，有時會容易把小孩帶丟，或者光帶孫子玩了，把買菜的事情忘了個精光；同時，學習全新事物的難度明顯增大，因為這些任務往往需要視覺、空間、記憶、執行功能等多個係統重新組合，例如適應一套全新的手機係統、學習使用新工具或新軟件、重新掌握一門技能，都會讓人覺得腦子有點不夠用了。

83 歲之後，大腦網絡的變化就不再主要由年齡本身來解釋，而是更多取決於個體差異：基因、既往疾病史、生活方式等都會對此時的大腦結構產生重大影響。

有些人的大腦分區會變得更加破碎，網絡結構鬆散，認知功能明顯受損；而另一些人則保持得相對完整，思維依舊清晰、反應敏捷。這也是為什麽同樣九十多歲，有的人像楊振寧先生那樣仍然能夠清晰表達複雜觀點，而另一些人卻已經出現了嚴重的認知障礙。



2015年，97歲的楊振寧先生於台灣發表科普演說｜wikimedia commons

怎麽發現的？

這些數據都是使用擴散磁共振（dMRI）獲得的，擴散磁共振的原理是追蹤水分子在白質纖維中的擴散方向，從而推斷出大腦神經纖維束的大致走向。

如果把大腦看成一個巨大的城市，其中會存在許多負責不同功能的城區，也就是我們所謂的腦區，而這些分區會通過一條條白質纖維互相連接。擴散磁共振可以讓我們看見這些交通網，也就是大腦不同分區之間的道路走向和連接情況，形成大腦的結構連接網絡。

不過，拿到這樣的網絡圖之後，研究人員很難直接、具體地、用量化的方式比較不同個體的大腦。因此，接下來就需要先對這些原始網絡做一些處理，把複雜的連接圖轉化成一串可以比較的數字指標。

作者先用統一的腦區模板和纖維追蹤方法，把每個人的大腦都變成一張 90×90 的連接矩陣。

光這樣還不夠，因為數據來自於9個不同的大項目，不同項目掃描的深度不同，掃出的纖維密度也就不一樣，因此直接比較會出現較大的誤差。研究人員使用批次校正以及閾值和密度控製，把每個大腦的纖維密度減少到相似的程度，這樣，每個被試的大腦就都變成了可以直接對比的網絡圖。



作者處理數據的方法：先用模板（Atlas）將核磁圖數據對齊、整合，再通過閾值和剪枝為後續的圖論計算做好準備。｜來源：論文

通過這個網絡，研究人員可以從多個維度評測大腦，比如：

模塊化（modularity）：是否形成了內部連接網絡豐富，而對外部連接相對較少的腦區；

整合度（global efficiency）：大腦中的某處到另一處需要經過多遠的距離，信息傳遞是否高效。

中心性（centrality）：有沒有特別關鍵的交通樞紐，很多腦區之間的最短路徑都會從這些關鍵節點經過。

類似這樣的指標一共有 12 個，研究人員們試圖從這 12 個方向去描述同一張腦部交通地圖。每一個年齡段的大腦網絡，都可以被表示成一個 12 維的特征向量。

但12維空間的變化人類是很難想象的，也無法相互比較，因此作者使用了一種叫UMAP的流形學習降維方法，把這12維的數據變成了低維空間裏的一個個點，隨著年齡連接起來，就形成了一條隨年齡變化的軌跡線。

通過比較這條軌跡在哪些年齡段發生明顯轉向，研究者就可以識別出大腦結構網絡在一生中的關鍵拐點，並據此劃分出不同的發育階段。



降維後得到的圖表，每個年齡段是圖中的一個點，而點與點之間的距離和方向，表示各年齡段之間大腦網絡結構的相似度以及變化的方向，可以看出9歲和32歲之間大腦的變化並沒有那麽顯著｜來源：論文

研究人員最終在 9 歲、32 歲、66 歲和 83 歲找到了四個關鍵拐點，如上一節所描述的，根據各項指標的不同，劃分出了五個不同的大腦發育階段。

大腦的最佳年齡可能就是現在

之前，有不少人認為人腦的黃金時期是二十多歲，過了二十多每天都在走下坡路。而這項研究告訴我們，32歲之前，我們的大腦仍然還在生長發育的“青春期”中。

那之前的認知誤區是如何產生的呢？早些年的結論主要來自於行為和心理學測試以及早期影像學研究。

行為和心理學測試的指標相對單一，如反應時間、工作記憶，這類任務確實是二十出頭的年輕人最好，但無法反映大腦整體的認知功能；而早期影像學研究經常隻看一個指標，例如負責思考的大腦灰質體積，或者全腦連接效率，而樣本也是受限的，往往是兒童加上一批年輕人和少量老年人，中間的30–50歲階段比較空，這樣得出來的倒U曲線，自然會落在20歲出頭的位置，至於中年人的空白，往往就通過想象來彌補了。

其實近十年來，已經有不少工作在糾正這個觀念，不同能力、不同腦區、不同網絡的最佳年齡並不一樣，人腦的認知巔峰，也絕不止於20歲出頭。

千言萬語化作一句話：



圖源：小紅書@よいしょ

除了讓廣大中年人在生活中更有底氣之外，這項整合了龐大數據庫的研究還有什麽別的作用嗎？

它不會有立竿見影的作用，就像人類全基因組圖譜一樣，隻是給我們畫出了一張大腦連接結構隨著年齡變化的地圖，在以後進行類似兒童智力發育或者老年衰退的研究時，都可能起到指導作用。真正能把這張路線圖變成更好的大腦健康策略，也許要到幾十年後了，但那時回頭看，今天這一步仍然是必不可少的一筆。