青少年大脑被普遍认为处于神经连接修剪期，通过突触修剪优化神经回路。新研究揭示这一认知可能不完整。
青少年时期是大脑"控制中心"持续激活的关键阶段。随着青少年步入成年，前瞻性规划、后果评估及解决陌生问题等能力日趋稳定。科学家们长期以来认为这种行为转变与大脑内部变化同步，但支持该过程的具体神经连接变化尚未完全阐明。
神经元之间的功能连接——突触，是信息在大脑中流动的基础。多年来，主流模型提出一个简化过程：儿童期突触数量上升，青春期则通过修剪弱连接而下降。
这种被称为突触修剪的优化过程，常被描述为生物质量控制机制，通过清除未使用或脆弱的连接来强化高效神经回路。部分研究者指出，若修剪过度可能增加神经精神疾病风险。精神分裂症常在此背景下讨论，因其涉及幻觉、妄想及思维紊乱等症状。
对突触修剪模型的挑战
九州大学研究团队正质疑青春期主要进行连接削减的长期观点。在《科学进展》发表的研究中，该团队报告青少年大脑同时在构建新结构：在神经元分支延伸体——树突的特定区段，形成致密排列的突触集群。
"我们并非旨在研究脑部疾病，"九州大学医学研究院伊藤健教授表示，"2016年开发出高分辨率突触分析工具后，我们出于好奇观察了小鼠大脑皮层。除惊叹神经结构之美外，我们惊讶地发现此前未知的树突棘高密度'热点'——树突上形成兴奋性突触的微小突起。"
承担感知、思维和行为核心功能的大脑皮层分为六层。伊藤团队聚焦第五层神经元，该区域整合多源信息并向皮层外传递信号。由于这一功能，这些神经元对控制皮层信息处理至关重要。
青少年大脑突触热点图谱
为观察完整神经元的突触结构，研究者结合超分辨率显微镜与团队开发的组织透明化试剂SeeDB2。该方法使脑组织透明化，便于科学家观察完整样本内部的精细神经结构。
通过此技术，团队绘制出单个第五层神经元的树突棘完整图谱。分析发现顶树突存在异常高密度区域。跨发育阶段对比显示，该密集集群不在幼年早期出现，而特异性地在青春期形成。
突触形成异常的后果
为确定该高密度区域的形成时机，研究者追踪树突棘分布的时序变化。两周龄未断奶小鼠的树突棘沿树突均匀分布。但在3-8周龄（涵盖早期发育至青春期）期间，顶树突特定区段的树突棘数量急剧增加。这种选择性生长最终形成集中突触热点。
"这些发现表明广受认可的'青春期突触修剪'假说需要重新审视，"伊藤教授指出。
"尽管突触修剪在树突全域广泛发生，但突触形成也发生在青春期皮层发育的特定树突区室。该过程受阻可能是至少部分精神分裂症的关键因素，"研究第一作者、九州大学医学研究院研究生江头良洋表示。
为验证此假设，团队观察携带Setd1a、Hivep2和Grin1等精神分裂症相关基因突变的小鼠。虽然出生后2-3周内树突棘密度正常，但青春期这些基因突变显著损害树突棘形成，导致热点无法正常构建。
多年来，该疾病主要归因于树突棘过度修剪。新发现为精神分裂症起源提供了新视角，表明青春期突触形成障碍可能是关键机制。但需注意，本研究仅在小鼠中观察发育过程，灵长类及人类是否存在相似机制尚不明确。
未来展望
"接下来，我们希望确定青春期形成这些新突触连接的具体脑区，"伊藤教授说，"这将揭示发育窗口期实际构建的神经回路。理解这些连接的形成机制与时机，将推进我们对脑发育及神经精神疾病机制的认知。"
参考文献："Dendritic compartment-specific spine formation in layer 5 neurons underlies cortical circuit maturation during adolescence" by Ryo Egashira, Meng-Tsen Ke, Nao Nakagawa-Tamagawa, Satoshi Fujimoto, Shigenori Inagaki, Tsuyoshi Takagi, Tsuyoshi Miyakawa, Yoshiaki Tagawa and Takeshi Imai, 14 January 2026, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.adw8458
研究资金：日本医疗研究开发机构、变革性研究领域（A）补助金、日本科学技术振兴机构、日本学术振兴会、上山纪念医学教育基金会、住友基金会、 Kanehara医学科学促进基金会、脑科学基金会、第一三共生命科学基金会、理化学研究所发育生物学中心内部资助、鹿儿岛大学Megumikai医学研究促进基金
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