發表在最近《心理生理學》雜誌上的一篇大腦研究系統綜述中，來自澳大利亞莫納什大學的腦神經科學家團隊基於歷來的腦神經科學文獻，總結出人類大腦的連線性在我們一生中的變化。
收集到的研究證據表明，在生命的第五個十年，即一個人40歲以後，大腦開始經歷一個徹底的 “重塑”，導致不同的網路在隨後的幾十年裡變得更加整合和連線，並對認知產生相應的影響。
研究指出，在生命的第五個十年，我們的大腦開始經歷一個徹底的 “重新佈線”，導致不同的網路在隨後的幾十年裡變得更加整合和連線，並伴隨著對認知的影響。網路的變化可能是由於大腦在資源減少和“硬體”老化的情況下，重新組織自己的功能，使其發揮最大的作用。適當的飲食、定期的運動和健康的生活方式可以使大腦保持良好的工作狀態，並將網路化的變化擱置起來，有時甚至到了晚年。
自本世紀初以來，神經科學家越來越將大腦視為一個複雜的網路，由分成區域、亞區域和單個神經元的單元組成。這些單元在結構上、功能上或兩者之間有聯絡。透過越來越先進的掃描技術，神經科學家可以觀察到受試者大腦中對刺激的反應或僅僅在休息時“亮起”的部分，從而提供一個關於我們的大腦是如何同步的看法。
幾十年來，瞭解大腦複雜的、多層次的結構和功能一直是科學研究的一個領域，並導致了描述大腦皮層組織的各種模式。早期的方法提供了對大腦區域功能專業化的見解，以及與年齡有關的和退行性的變化是如何與區域性神經元的改變發生的。然而，很快就發現，大腦區域的功能也與它們與其他區域的連線有關。
在過去的二十多年裡，將大腦建模為複雜網路的研究數量迅速增加，該網路由結構連線、功能連線或兩者連線的單元（如大腦系統、區域、亞區域、神經元）組成。“功能連線 ”通常被定義為空間上遙遠的神經生理事件之間的時間依賴性。大量的研究使人們認知到，大腦中的通訊是根據一種拓撲結構組織的，這種拓撲結構將區域性資訊處理與全域性資訊整合結合在功能相互作用的區域網路中。這種功能屬性的組合使複雜的、同步的動態跨越多個時空尺度。
在神經影像學領域，“網路”一詞常被用來指一組體素或腦區，它們在靜止狀態或任務期間具有一致的相關活動模式。網路的構建及其分析借鑑了“小世界”網路和圖論的概念。這些概念和措施是該研究綜述的基礎。在圖論分析中，大腦可以被建模為一組網路，由代表系統單位的一組節點和表示節點間相互作用的邊組成。節點可以是神經元、神經元群體或腦區，這取決於感興趣的空間尺度，而邊表示連線節點的結構或功能連線。該研究綜述重點關注腦區的大規模網路，涉及跨釐米尺度的幾十到幾百個節點，以及全腦的、由成千上萬個節點組成的體素智慧網路研究。
如圖所示功能網路和小世界
網路
度量的說明。（a） 較大的灰色圓圈是圖中的網路（網路1、2和3）。每個網路內的點是節點，線是邊緣；實線是網路內的邊緣，虛線是網路間的邊緣。黃色的節點和邊描述了一個顯示網路內連線的網路。節點a的連線強度是與它連線的邊的平均權重；而區域性效率是每個節點到其鄰居的平均最短路徑長度的倒數。紅色邊描繪了紅色節點b和紅色節點c之間的最短路徑。所有節點對的平均路徑長度越短，全域性效率越高。藍色節點d描述的是一個省級樞紐（強烈連線同一網路內的節點）；綠色節點e描述的是一個聯結器樞紐（連線不同網路之間的節點）。（b） 模組反映了將較大的網路劃分為較小的“積木”或社群，通常反映瞭解剖學上相連的或功能上相關的區域。人腦顯示出“小世界”的特性，在效率、物理連線成本和最大化拓撲學價值之間進行經濟權衡。在模組4中，網路是為全球效率和綜合處理而設定的，每個節點都可能與網路內和網路間的多個其他節點相連，最大限度地減少路徑長度，最佳化全球效率。然而，這種拓撲結構的佈線成本很高，因為整個系統有大量的連線，特別是長距離的連線。相比之下，在模組5中，網路的佈線是為了使成本最小化，並支援功能專業化，每個節點在拓撲上和空間上都有網路內的近鄰。然而，網路之間沒有足夠的拓撲學上的直接連線或邊緣限制了全球一體化和效率。由於資訊需要在不同網路的節點之間穿越大量的長距離路徑或邊緣，因此效率會降低。相對於模組4，模組5在隔離度（網路內更強或更密集的連結，但網路間更弱或更稀疏的連結）和模組化（整個系統內更高比例的網路內連線，或更高的平均路徑長度）方面也更高。（c） 豐富的社團網路由密集網路之間的功能連線表示。
莫納什大學的腦科學家團隊仔細研究了144項研究，這些研究使用了成像技術來探測數以萬計的受試者的大腦。從這一分析中，研究人員收集到了網路化大腦在我們一生中如何變化的一般趨勢。
早期，在我們的青少年和年輕的成年人時期，大腦似乎有許多分割槽的網路，具有高水平的內部連線，反映了發生專門處理的能力。這是有道理的，因為這時我們正在學習如何進行運動、講語言和發展才能。然而，在我們40歲左右，情況開始發生變化。大腦在這些獨立的網路中的聯絡開始減少，而在全球範圍內的網路中的聯絡則變多。當我們到達80歲時，大腦往往不再是區域性的專門化，而是廣泛性的連線和整合。
如圖所示大腦網路在成年後的差異。圖a顯示跨越成人生命週期的網路措施。圖c說明人腦如何處於上圖b中模組4和模組5的極端之間，並顯示出“小世界”的特性，在第四或第五個十年達到頂峰，區域性效率與全球效率相輔相成。區域性的短距離連線反映了節點之間在短路徑長度上的資訊傳遞能力，並由產生較高佈線成本的稀疏的長距離連線來補充。空間上遙遠的大腦區域之間的拓撲直接連線預計會在靈活的功能和行為方面產生好處。該系統透過平衡網路內和網路間連線的強度或密度以及相對較短的平均路徑長度來平衡模組化、整合和隔離。如圖b所示，與第四和第五個十年相比（圖c），大約在生命的第三個十年的大腦網路顯示出較低的區域性和整體效率和整合。圖d，與年輕的成年人（圖b和c）相比，老年人顯示出整個網路的節點之間的區域性效率（到鄰近節點的路徑長度增加）和全球效率（長距離路徑的損失或更長的平均路徑長度）降低。例如，在圖c中，區域性效率體現在從節點a到節點b的直接路徑僅穿越一條邊；而在圖d中，從節點a到節點b的路徑穿越了三條邊（節點a到c到d到b）。就全域性效率而言，在圖c中，從節點a到節點h的路徑長度是透過三條邊的。節點a到b到f到h；而在圖d中，它是透過六條邊的。與b組和c組中的年輕人相比，d組中的老年人的網路內連線強度也有所下降（d組中網路內較細的黑線表示），而網路間的連線強度則有所上升（d組中跨網路的黑線較b組和c組粗），這導致了一個較少分離的、更多模組化的綜合系統。
這種 “重新佈線”（
rewiring
）對人的認知產生了切實的影響。研究指出，
“老年人往往表現出較少的靈活思維，如形成新概念和抽象思維，較低的反應抑制，以及較低的語言和數字推理，”“這些執行功能的變化可以在成年人的第五個十年中首先看到，這與系統審查的結果一致，即功能網路連線的變化在第四和第五個十年中達到拐點。”
但是，對於正在衰老的大腦來說，這個訊息並不全是壞事。“論文寫道：“主要依賴於自動化或經過良好實踐過程的任務受年齡的影響較小，甚至可能在整個生命週期內略有提高，例如詞彙和常識。”
那麼，為什麼會發生這些大腦網路變化呢？研究認為，大腦是一個渴求資源的器官，對單糖葡萄糖的渴望。”“成年人的大腦約佔身體總重量的2%，但需要約20%的葡萄糖供應。”但是隨著我們年齡的增長，我們的身體往往會變慢，大腦的效率也會降低。因此，大腦不僅在獲得更少的葡萄糖，同時也沒有把這個“燃料”用好。因此，網路變化很可能是由於大腦在資源減少和“硬體”老化的情況下重新組織自己的功能，使其發揮最大作用。
該研究總結說，“在生命的早期，大腦功能網路有一個快速的組織。然後，功能網路的進一步完善，直到生命的第三和第四個十年左右，””在衰老過程中，潛在的有害和補償性變化的多方面的相互作用會隨之而來。”
所以，適當的飲食、定期鍛鍊和健康的生活方式可以使大腦保持良好的工作狀態，並將大腦這種網路化的變化往後延，有時甚至延遲到晚年。
大腦的內部運作確實很奧秘，但透過這個由數百項研究和數萬次大腦掃描組成的宏大的系統回顧，使科學家們“至少開始對大腦神經網路在我們一生中的變化有了一個初步的認知。”
參考：https：//onlinelibrary。wiley。com/doi/10。1111/psyp。14159
