从儿童到青少年时期是人类一生中重要的发育时期。在这段时间内，伴随着大脑结构的进一步成熟和功能网络的重组，其身体的第二性征更加明显，社会角色和自我心理定位也随之发生改变，逐渐完成从依附于他人到成为独立个体的心理和生理上的过渡。正常的儿童和青春期发育过程有助于为个体成长为健康自主的成年人提供保证，结合行为与认知深入研究这个时期的大脑发育轨迹，有助于制定个性化的教育方案以及实现异常发育的早期干预，对于提高社会的整体素质具有重要意义。近年来，非侵入式磁共振成像技术的快速发展推动了青少年脑发育研究的进程。但是，不合适的大脑图谱可能会为儿童青少年的研究带来一定的误差，尤其是在前额叶等儿童和成人差异较大的脑区中，不合理的分区方式可能会造成假阳性或者假阴性的结果。然而，目前仍然缺少针对特定年龄段的具有详尽分区模式的儿童大脑图谱。针对这一局限，本文利用多个高质量大样本的儿童青少年数据库探究了儿童后期大脑区域化模式，同时针对其中与成人差异较大的前额叶脑区和发育中大脑偏侧化模式的改变进行了更加详尽的分析。本论文的主要工作和创新点归纳如下：

1. 针对特定年龄段的基于结构连接的儿童大脑发育图谱绘制

大脑在儿童和青春期发育阶段的结构功能网络和各种认知功能的不断成熟侧面反映了儿童和成人的区域化模式存在着一定的差异。针对这一现象，本文使用纵向数据专门针对儿童后期的发育阶段建立了年龄特异性的儿童脑网组图谱。该图谱包括188个皮层亚区和36个皮下核团亚区，为后续研究者们提供了一个更加精确的、经过交叉验证的儿童脑图谱版本，更适合用于以儿童后期至青春期前期发育为研究重点的研究。此外，本文对儿童和成人图谱中具有不同拓扑模式的区域进行了比较，发现包括感知觉和运动皮层在内的初级皮层显示出了较小的变异性。而在负责认知的高级联络皮层，尤其是在多模态联络皮层，在发育中显示出了明显的拓扑和连接模式的变异性。子区之间更加精细的边界模式的划分表现为分区数目的增加，可以被认为是功能从泛化到精细化的结构基础。最后，本研究比较了儿童和成人脑图谱中左右半球对应区域的区域化对称模式，并发现儿童时期的不对称程度较成人时期低。这表明不对称性模式在人类向成年发育的过程中也不断调整变化，为后续针对儿童和青少年发育的研究提供了拓扑学上的参考。

2. 基于多模态脑影像的前额叶结构功能及区域化的发育研究

儿童青少年发育过程中认知水平和控制能力的进一步成熟是建立在负责此项功能的脑区的逐渐成熟的基础上的。前额叶作为负责认知和控制的核心脑区之一，其发育持续时间尤为漫长。本研究建立了一个基于结构连接的、时间跨度为从儿童后期到早期成年人的前额叶的发育图谱，发现了背外侧前额叶在发育过程中子区有分裂的趋势，并使用额外的数据集以及多个模态的数据从多个角度验证了这种发育过程中的区域化的分离。通过对每个年龄段的结构和功能连接的差异进行比较，本文发现了这种分离是由背内侧前额叶的A9m区域的结构和功能的变化引起的。此外，本文在分裂的区域进行了基因差异分析和基因富集分析，并且使用偏最小二乘相关分析建立了分裂的子区影像学结构和功能连接随着年龄的变化与遗传转录组表达之间的关系，进一步探索了区域化变化背后的遗传学机制。最后，本研究还进一步在纵向数据上研究了亚区之间的功能连接相似性和个体行为之间的关系，来探究发育中区域功能特异化对行为的影响。

3. 基于功能连接的大脑偏侧化模式发育研究

鉴于偏侧化模式随年龄增长而逐渐完善，儿童和成人的偏侧化模式在一定程度上反映了他们大脑的成熟程度，以生理上的不对称性为基础的功能上的偏侧化模式是发育和认知研究中的重点研究问题。本文使用功能连接矩阵针对每个脑区构建了偏侧化系数，通过将被试者按年龄分为不同组别，并使用支持向量机模型来区分不同年龄段的偏侧化模式，观察到不同年龄段偏侧化模式的显著变化以及对年龄之间偏侧化的差异贡献较大的脑区，并由此推断出各脑区偏侧化模式变化较大的年龄段。通过与认知功能综合评分联系起来，本研究发现了偏侧化模式显著影响认知水平的脑区。对大脑发育中偏侧化模式的研究有利于针对个体发育阶段对大脑中具有较高可塑性的脑区通过环境和经验因素进行调节，促进儿童健康成长，而且有助于增强对与大脑偏侧化模式异常有关的发育精神障碍的理解和早期干预。