大脑表面小凹槽的深度与更强的网络连接和更好的推理能力有关

大脑表面的许多凹槽和凹坑是人类独有的，但它们常常被忽视，被认为是将异常大的大脑塞进过小的头骨中而导致的无趣后果。

但神经科学家发现，这些褶皱并非纯粹的人工制品，就像把睡袋塞进旅行袋里时产生的蓬松褶皱一样。其中一些最小的凹槽的深度似乎与大脑互联互通的增强以及更佳的推理能力有关。

在5月19日发表于加州大学伯克利分校《神经科学杂志》上的一项研究中，研究人员表明，在儿童和青少年中，一些小沟的深度与大脑区域——外侧前额叶皮层和外侧顶叶皮层——之间连通性的增强有关，这些区域涉及推理和其他高级认知功能。

三级脑沟为何重要？

三级脑沟（tertiary sulci），这个名字听起来或许陌生，但它们正是大脑发育过程中最晚出现、最不显眼、却可能最独特的结构。这些小沟浅而不规则，在普通的脑图谱中甚至常常被忽略。研究人员发现，它们在人类大脑皮层中出现于那些在进化中扩张最广、发育最久的区域，尤其是掌管推理、决策、计划、自控等高阶认知能力的前额叶皮层和顶叶皮层。

过去，关于三级脑沟的研究少之又少，尤其缺乏它们与功能性脑网络之间关系的直接证据。而这项发表在《神经科学杂志》的研究则首次揭示：三级脑沟不仅是结构上的特征，其深度还能预测特定大脑区域之间的连接强度，并间接影响个体的推理表现。

心理学教授西尔维娅·邦格（Silvia Bunge）指出：“我们发现，儿童和青少年脑沟的深度与他们的推理能力存在显著相关。”这并非偶然猜测，而是建立在团队数年研究的基础之上。

▲ 脑部磁共振成像扫描揭示了脑褶和脑沟的详细形状，其中许多形状用于诊断神经系统疾病或评估认知发育。

将结构与功能连接起来

为了探索脑沟深度、功能连通性和推理能力之间的关系，研究团队招募了43名7至18岁的青少年作为被试者，并将他们置于功能性磁共振成像（fMRI）扫描仪中，执行标准化的推理任务。

研究重点聚焦在两个区域的三级脑沟：外侧前额叶皮层和外侧顶叶皮层，分别位于大脑额头后方和头顶后侧。这两个区域在执行复杂认知任务时常常协同工作，但过去从未有人研究过其间微小脑沟的潜在联系。

研究团队不仅标注和测量了21条三级脑沟的深度，还构建了功能性网络图谱，分析这些脑沟之间的同步活动是否与推理表现相关。借助先进的成像分析方法，他们计算了这些脑沟在网络中的“中心性”，即它们作为信息枢纽的地位。

褶皱背后的智慧密码

结果令人惊讶又令人振奋。研究发现，某些特定三级脑沟越深，其所在区域的网络中心性越高，前额叶与顶叶之间的连接越紧密。这些连接被认为是推理过程中最关键的通路之一。换言之，脑沟的深度不仅反映了结构的复杂性，还可能影响神经信号传递的效率和速度。

这也验证了研究团队的一个核心假设：三级脑沟可能通过“缩短空间距离”而提高功能连接效率，类似于城市中将两座重要建筑靠近，从而缩短交通时间，提升协作效率。

不仅如此，研究还强调，这种结构与功能的关联并非普遍适用于所有脑沟，而是局限于特定区域。这一发现让三级脑沟首次具备了潜在的“诊断”价值：它们或许能成为预测认知能力或神经发育障碍的结构性生物标志物。不过，邦格教授也提醒道，脑沟深度并不是决定认知能力的唯一因素。“推理能力不是由脑沟决定的，”她强调，“认知功能还受到教育质量、经验积累、社会环境等多重因素的影响，且具有很强的可塑性。”

新闻来源：Science Daily

论文参考：DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0726-24.2025