胎兒在孕晚期，大腦會經歷劇烈的功能和結構變化。然而，目前對于這些變化如何反映在大腦亞穩動力學上，以及早產對其有何影響，仍知之甚少。為了解開這些謎團，相關研究人員開展了此項研究，其成果發表在《Developmental Cognitive Neuroscience》上。這一研究對評估早期認知功能的建立及其潛在損傷，以及理解早產的神經發育后果具有重要意義，有望為相關干預措施提供理論依據。

研究人員在研究中主要運用了多種神經影像學技術，包括功能磁共振成像（fMRI）、腦電圖（EEG）、功能超聲（fUS） 。同時，通過對比早產兒（27 - 37 周月經后年齡（PMA））、足月兒（37 周以上 PMA）以及早產兒在足月等效年齡時的情況，還對早產兒進行縱向研究（從 27 周到 37 周以上 PMA），全面探究大腦亞穩動力學的發展。

研究發現，不同的神經影像學方法所定義的亞穩狀態在時間尺度上有所不同。EEG 亞穩狀態持續約 100 毫秒，足月兒的 EEG 活動幅度可聚類為 4 種隱馬爾可夫模型（HMM）狀態或 7 種微狀態，而早產兒僅有 4 種微狀態 。早產兒在足月等效年齡時，微狀態數量可能少于或與足月兒相同。fUS 動態功能連接（dFC）狀態持續約 1 秒，在早產兒和足月兒中均為 4 種；fMRI dFC 狀態持續數十秒，在早產兒和足月兒中為 4 - 6 種 。通過 Kuramoto 序參數（KOP）標準差衡量的功能連接狀態的變異性顯示，早產兒在足月等效年齡時的 KOP 標準差低于足月兒，這表明其功能連接狀態的變異性降低，可能影響認知能力。

在時間動態方面，早產兒在某些 fUS dFC 狀態和 EEG 微狀態上花費的時間與足月兒不同。例如，早產兒在一種 fUS dFC 狀態（其特征為丘腦內和皮質內連接強，丘腦 - 皮質連接弱）的覆蓋度更高，而在整體同步的亞穩狀態覆蓋度較低 。在 EEG 微狀態方面，代表后電壓陽性的微狀態在早產兒中的覆蓋度較高，但隨著時間推移，其轉換到該微狀態的可能性降低 。足月兒在出生后第一周，以全局同步和局部感覺運動同步為特征的 fMRI dFC 狀態的覆蓋度增加，且亞穩性語法中向與默認模式網絡（DMN）相關區域的 fMRI dFC 狀態轉換的可能性增加 。此外，在孕晚期及足月兒出生后，亞穩狀態之間的轉換速率增加，而早產兒在足月等效年齡時的轉換速率仍比足月兒慢，這意味著其對外部刺激和認知任務的反應可能更慢。

信號復雜性研究表明，fMRI BOLD 信號的樣本熵（SE）在 37 - 42 周孕期內下降，而在一組縱向研究的早產兒中，EEG 信號的多尺度熵（MSE）在出生后增加直至足月等效年齡 。由于早產兒在足月等效年齡時在子宮外的時間更長，其 fMRI BOLD 信號的 SE 水平高于足月兒 。同時，fMRI BOLD 信號的 Hurst 指數顯示，早產兒低于 0.5，足月兒高于 0.5，這反映出從反持續性到持續性和尺度不變性活動的轉變 。然而，早產兒在足月等效年齡時的 Hurst 指數仍低于足月兒，表明其長程時間相關性的成熟滯后 。EEG 微狀態序列的 Hurst 指數在早產兒中較高（約 0.75），并隨 PMA 下降，但仍高于 0.5 。這表明早產兒的微狀態更具持續性，序列更可預測，盡管其血液動力學信號具有反持續性。

綜合上述研究結果，新生兒大腦亞穩動力學在孕晚期呈現出顯著的發展變化。在空間分布上，亞穩狀態的范圍和功能連接的變異性隨發育而改變；在時間動態方面，亞穩狀態的覆蓋度、轉換速率以及與認知功能相關的 DMN 的作用都在不斷發展；信號復雜性也逐漸增加，反映出大腦活動的成熟和多樣化 。這些變化可能與大腦的結構和功能成熟密切相關，如結構連接的增加、興奮性 - 抑制性平衡的轉變等 。早產兒與足月兒在亞穩動力學上的差異，暗示了早產可能對大腦發育產生負面影響，導致認知發展延遲 。

此項研究的重要意義在于，它為深入理解早期大腦發育提供了新的視角，揭示了大腦亞穩動力學在孕晚期的發展規律以及早產對其的影響 。然而，目前該領域仍面臨諸多挑戰，如研究方法的標準化、不同研究結果的一致性、對新生兒亞穩性與認知功能關系的深入理解等 。未來研究需要進一步完善技術方法，開展更多縱向研究和產前研究，以更全面地揭示大腦亞穩動力學的奧秘，為早期干預和改善新生兒神經發育結局提供有力支持 。