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A051 PNAS重磅：童年不幸，真的会“困”住你的大脑计算能力吗？

来源：公众号 PSY-Brain_Frontier ｜发布：2026-02-15 ｜原文链接

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基本信息

Title:Early psychosocial deprivation alters the refinement of neural dynamics across adolescence

发表时间：2026.2.2

发表期刊: PNAS

影响因子：9.1

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研究背景

青春期通常被视为大脑发育的“狂飙突进”时期。这就好比一座花园，为了让主景更加清晰，园丁必须修剪掉杂乱的枝叶，这一过程在神经科学中被称为“突触修剪”（Synaptic Pruning）。虽然这种“做减法”的结构性变化（如灰质体积减少）已广为人知，但一个核心谜题依然困扰着学界：这种物理上的“修剪”究竟是如何转化为青春期典型的认知能力提升的？

计算神经科学模型给出了一个迷人的假设：突触修剪通过消除微弱的连接，强化了神经网络的“吸引子动力学”（Attractor Dynamics）。简单来说，修剪后的神经网络就像一个碗壁更陡峭的碗，当神经活动受到干扰（如噪音或分心）时，它能更快地“滚”回稳定的基线状态，从而实现更高效的信息处理。

然而，如果这一关键时期的环境被剥夺了必要的养分呢？早期的社会心理剥夺（如机构化抚养）已知会破坏大脑结构和执行功能，但它是否会通过干扰“神经动力学”的微观精炼过程，从而在计算层面留下长期的伤痕？为了解开这个谜题，研究者利用著名的布加勒斯特早期干预项目（BEIP）的纵向数据，通过精妙的计算建模，探索了早期剥夺如何改写青春期大脑的计算规则。

研究核心总结

这项 2026年2月2日发表于 PNAS 的研究利用线性动力系统（Linear Dynamical Systems）模型，分析了BEIP项目中三组被试（从未机构化组NIG、寄养组FCG、常规机构照料组CAUG）在12岁、16岁和21岁时的EEG数据，揭示了早期经历对神经计算机制的深远影响。

Figure 1

一、青春期的神经动力学“锐化”现象

研究表明，在正常发育的群体（NIG）中，神经活动的特征值（Eigenvalues）随着年龄增长（从12岁到21岁）显著下降。在动力系统模型中，特征值反映了系统受到扰动后回归基线的速度：特征值越小，回归越快，系统的稳定性越强（即吸引子盆地更深）。这一结果有力地支持了计算理论预测：青春期的突触修剪确实促进了神经回路从“迟钝、易受干扰”向“快速、稳健”的计算模式转变。

Figure 2

二、早期剥夺阻滞了动力学的成熟

与其形成鲜明对比的是，有机构化抚养历史的个体（无论是继续留在机构的CAUG组，还是后来被寄养的FCG组），其特征值在各个年龄段均显著高于正常组。这意味着他们的神经回路在面对任务干扰时，产生的残差活动消退得更慢，系统缺乏足够的“刚性”来迅速抑制噪音。这种动力学层面的“发育停滞”一直持续到21岁，表明早期逆境对大脑计算架构的精炼过程造成了持久且难以逆转的干扰。

Figure 3

三、动力学指标介导了行为表现

研究进一步发现，特征值的大小与Flanker任务中的平衡整合分数（BIS）呈负相关。也就是说，神经动力学恢复得越快（特征值越低），个体的认知控制表现越好（反应更快、更准）。中介分析证实，年龄增长和早期抚养经历对认知行为的影响，在很大程度上是通过改变“特征值”这一神经计算参数来实现的。

Figure 4

图10

研究意义

本研究不仅为“突触修剪优化大脑计算”的理论提供了直接的经验证据，更揭示了早期社会心理剥夺的病理机制：由于缺乏关键期的环境输入，大脑皮层的循环连接未能经历正常的修剪和重组，导致吸引子动力学未能形成足够的深度。这种计算层面的低效，可能是早期剥夺导致成年后执行功能缺陷的神经基础。

图11

Figure 5

图12

Abstract

Adolescence is a crucial period for the refinement of neural circuits and cognitive skills. During this time, executive functions mature alongside pronounced structural changes in the brain, including reductions in synapse density. Computational models suggest that synaptic pruning enhances performance by stabilizing neural dynamics—deepening attractor basins and accelerating return to baseline after perturbation. Here, we tested these predictions using EEG data from the Bucharest Early Intervention Project, a randomized controlled trial of foster care as an alternative to institutionalized care. Trial-by-trial EEG residuals during a Flanker task were modeled as a linear dynamical system, and changes in eigenvalue magnitude were tracked across adolescence. Across all groups, eigenvalues decreased with age, consistent with maturation of recurrent computations. However, children with histories of institutional care exhibited consistently higher eigenvalues, suggesting delayed or disrupted refinement of the neural dynamics. Importantly, higher eigenvalues were associated with poorer behavioral performance on the task, linking altered neural dynamics to altered executive functions. These findings demonstrate that early deprivation leaves a lasting imprint on the developmental trajectory of neural dynamics, affecting the maturation of brain systems underlying cognitive control.

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图13