20歲之後腦力開始退步?不不不,人腦的巔峯持續到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歲左右會經歷四個主要的“轉折點”,也就是說,青春期可以持續到32歲,直到這時,人類的性格和智力纔會在青春期早期的變化之後達到“平臺期”並趨於穩定。
更厲害的是,大腦的“巔峯期”可以持續到66歲,之後纔開始下降。
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,是迄今爲止數據量最大最全面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,我們一直認爲二十歲出頭是大腦功能的巔峯,之後就是一路下坡路。世界衛生組織將青春期定義爲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,至少大腦生長髮育的青春期一直到32歲,並且直到66歲,都是大腦表現最好的黃金壯年時期。
信一信又不會有什麼損失|圖源小紅書@我要成爲金海豚momo
之前的錯誤認知來源於過於簡單片面的研究。大腦的功能十分複雜,此前的研究只追蹤了某一個年齡段,或者某一項大腦指標,就像盲人摸象,每項研究都只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。
爲了把握大象的全貌,英國劍橋大學的研究人員收集了0-90歲人羣的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 歲人羣的 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象,爲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,從而把人生劃分爲五個階段。
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。我們從一個只會哭的小嬰兒,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,爲將來更復雜的學習打下基礎。
9歲到32歲,各個功能區之間的聯繫不斷被優化,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麼快了,可是憑藉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爲戰而不是協同合作。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,因爲這些任務往往需要視覺、空間、記憶、執行功能等多個系統重新組合,例如適應一套全新的手機系統、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。這也是爲什麼同樣九十多歲,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歲的楊振寧先生於臺灣發表科普演說|wikimedia commons
怎麼發現的?
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,因爲數據來自於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制,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,再通過閾值和剪枝爲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 維的特徵向量。
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,隨着年齡連接起來,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麼顯著|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,有不少人認爲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髮育的“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爲和心理學測試以及早期影像學研究。
行爲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只看一個指標,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,人腦的認知巔峯,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麼別的作用嗎?
它不會有立竿見影的作用,就像人類全基因組圖譜一樣,只是給我們畫出了一張大腦連接結構隨着年齡變化的地圖,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。
參考文獻
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[2]Mousley, A., Bethlehem, R.A.I., Yeh, FC. et al. Topological turning points across the human lifespan. Nat Commun 16, 10055 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-65974-8
[3]https://www.euronews.com/health/2025/10/26/what-age-do-humans-reach-their-mental-peak-its-not-as-old-as-you-think
作者:李小雅
編輯:翻翻
封面圖來源:reddit
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