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人类大脑皮层的功能沿着宏观尺度的信息加工层级呈现空间模式化分布。该层级体现为一条感觉—联合轴：一端由单模态感觉区构成，另一端则为跨模态联合区。大脑动力学的生物物理模型表明，这一轴线应当与皮层解剖结构和几何形态的主导共振模态相一致，但事实并非如此。相反，主导的解剖模态对应于沿吻侧—尾侧、内侧—外侧以及背侧—腹侧轴线延伸的简单空间梯度。这种皮层解剖模态与功能模态之间的分歧是如何产生的？在本研究中，我们利用四个相互独立的功能磁共振成像数据集，覆盖从婴儿期到青年期的发展阶段（n=1,512，年龄0—21岁），发现这种空间分歧可归因于长程皮质—皮质跨区域功能耦合的成熟。具体而言，我们发现，在出生后最初3至4年间，人类皮层的主导功能模态与皮层几何形态的吻侧—尾侧模态高度相似；随后，该模态在4至6岁之间转变为一种初步的感觉—联合样模态，并最终在13岁时成熟为典型的感觉—联合模态。在婴儿期和幼儿早期，根据皮层几何形态模态预测主导功能模态空间拓扑分布的线性模型，其表现显著优于依赖成人感觉—联合模态的模型；而在发育后期，情况则相反。此外，定向移除长程连接会使成人功能模态从感觉—联合拓扑分布退化为类似婴儿期的吻侧—尾侧模态。我们的研究结果表明，长程皮质—皮质耦合的成熟支持了皮层功能层级模态的逐步形成，使其从最初主要受几何约束支配的组织形式逐渐演变而来。
从几何到层级：描绘人类皮层功能主导模式的发展轨迹 | bioRxiv
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# 从几何到层级：描绘人类皮层功能主导模式的发展轨迹
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Alexander Holmes， Kane Pavlovich， Xing Qian， 查看 ORCID 个人资料 Juan Helen Zhou， Yap Seng Chong， Ai Peng Tan， Michael J. Meaney， Johan G. Eriksson， Daniel S. Margulies， 查看 ORCID 个人资料 James C. Pang， Alex Fornito
doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.11.750874
Alexander Holmes 1 牛津大学； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 Alexander Holmes 的 ORCID 记录
通讯作者： holmesneuro{at}gmail.com
Kane Pavlovich 2 莫纳什大学； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
Xing Qian 3 新加坡国立大学； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
Juan Helen Zhou 3 新加坡国立大学； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 Juan Helen Zhou 的 ORCID 记录
Yap Seng Chong 3 新加坡国立大学； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
Ai Peng Tan 3 新加坡国立大学； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
Michael J. Meaney 4 道格拉斯医院研究中心 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
Johan G. Eriksson 3 新加坡国立大学； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
Daniel S. Margulies 1 牛津大学； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
James C. Pang 2 莫纳什大学； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 James C. Pang 的 ORCID 记录
Alex Fornito 2 莫纳什大学； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者
## 摘要
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## 摘要
人类皮层的功能沿着宏观尺度的信息加工层级呈现空间模式化分布。这一层级对应于一条感觉—联合轴线：一端由单模态感觉区域构成，另一端则是跨模态联合区域。脑动力学的生物物理模型表明，这条轴线应当与皮层解剖结构和几何形态的主导共振模式相一致，但事实并非如此。相反，主导的解剖学模式对应于沿头尾轴、内外侧轴和背腹轴延伸的简单空间梯度。这种皮层解剖学模式与功能模式之间的分歧是如何产生的？
本研究利用四个相互独立的功能磁共振成像数据集，覆盖从婴儿期到青年期的发展阶段（n=1,512，年龄范围为0—21岁），结果表明，这种空间分歧源于远距离皮质—皮质区域间功能耦合的成熟。具体而言，我们发现，在出生后最初3—4年内，人类皮层的主导功能模式与皮层几何结构的头尾轴模式高度相似；随后，该模式在4—6岁之间转变为一种初步的感觉—联合样模式，并最终在13岁左右成熟为典型的感觉—联合模式。
在婴儿期和儿童早期，根据皮层几何结构模式预测主导功能模式拓扑分布的线性模型，其表现显著优于依赖成人感觉—联合模式的模型；而在发育后期，情况则相反。此外，有针对性地移除远距离连接会使成人的功能模式从感觉—联合拓扑退化为类似婴儿期的头尾轴模式。我们的研究结果表明，远距离皮质—皮质耦合的成熟支持了皮层功能层级模式的逐步形成，而皮层功能组织在最初阶段主要受几何约束支配。
## 利益冲突声明
## 基金资助信息声明
澳大利亚国家卫生与医学研究委员会， https://ror.org/011kf5r70，2034000，1197431
澳大利亚研究理事会， FL220100184
Sylvia and Charles Viertel 慈善基金会， 2017042
欧洲研究委员会， https://ror.org/0472cxd90，866533-CORTIGRAD
## 版权
本预印本的。
本文依据 CC-BY-NC 4.0 国际许可协议 提供。
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发布于2026年9月13日。
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Alexander Holmes， Kane Pavlovich， Xing Qian， Juan Helen Zhou， Yap Seng Chong， Ai Peng Tan， Michael J. Meaney， Johan G. Eriksson， Daniel S. Margulies， James C. Pang， Alex Fornito
bioRxiv 2026.09.11.750874； doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.11.750874
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bioRxiv 2026.09.11.750874； doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.11.750874
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.11.750874v1?rss=1
🏷️ 大脑皮层发育 感觉—联合轴 功能连接 皮层几何形态 功能磁共振成像 长程皮质—皮质耦合