胎儿大脑的 U 形纤维如何形成？宫内 MRI 描绘 22—38 孕周发育图谱

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RESEARCH INSIGHT

胎儿脑并不是先把各个脑区“造好”，再补上连接。皮层在不断折叠的同时，神经纤维也在生长、转向和重新排列。连接相邻脑回的短联络纤维，是这套局部通信网络的重要部分，却一直很难在宫内被完整看见。

一项发表于《Science Advances》的研究，利用宫内扩散 MRI 和胎儿脑组织学，描绘了 22 至 38 孕周短联络纤维的形成过程。研究结果显示，这些通路早期较平直、松散，随后沿逐渐加深的脑沟重组为更紧密的 U 形纤维束。不同脑区并不同步：感觉运动区通常更早，高级联合区相对较晚。

01 短联络纤维为何难以观察

短联络纤维又常被称为 U 形纤维，它们在同一大脑半球内连接相邻脑回，为局部皮层之间的信息交换提供结构基础。成年脑中的这类纤维通常位于皮层下方，走行短、弯曲度大，个体差异也明显。胎儿脑还叠加了持续运动、体积小、组织含水量高和皮层快速折叠等因素，常规纤维追踪很容易把它们与更深部的长联络纤维混在一起。

研究者使用 Developing Human Connectome Project 的公开胎儿 MRI 数据。最初纳入 243 次扫描，经影像和数据完整性筛选后有 241 次符合条件；经过不同孕周组内的质量控制，201 次扫描进入束级回归分析。所有参与分析的胎儿均经神经放射学评估为正常发育。

为了从复杂的胎儿白质中分离短联络纤维，团队结合 T2 结构像、扩散 MRI、孕周匹配的脑图谱和组织学知识，限定纤维只能位于皮质板下方的浅表区域，并排除进入深部白质、皮质下灰质、脑干或小脑的流线。每个胎儿生成 100 万条候选流线，再按所连接的脑回分组并进行群体一致性检查。

图注：研究流程从胎儿 MRI 预处理、浅表纤维筛选和脑回级分束，延伸到不同孕周的重复性和微结构变化建模。图源：Li 等，《Science Advances》，2026，Figure 7。

这套方法的关键，在于随着孕周改变浅表区域的边界。32 孕周前，皮下板仍是胎儿大脑壁中非常显著的暂时性结构；随后皮下板逐渐缩小，新形成的脑回白质占据更多空间。如果一直沿用固定深度，可能会在不同孕周追踪到不同的组织层。研究者因此采用随孕周调整的排除区域，尽量让各时期的分析都聚焦于浅表短程通路。

图注：组织学和 MRI 展示了早、晚孕期皮下板及浅表纤维所在区域，红色区域是追踪时排除的深部组织。图源：Li 等，《Science Advances》，2026，Figure 8。

02 从平直通路到 U 形纤维束

在早期孕周，追踪到的浅表通路并没有呈现成年脑中典型的 U 形。它们更像铺在皮下板与白质交界处的平坦通路，排列较松散，并可见多个主要方向。随着脑沟出现并加深，纤维逐渐收拢，方向一致性提高，走行也变得弯曲。

以中央沟两侧、连接中央前回和中央后回的纤维束为例，26 孕周时仍可看到径向和切向等不同走向；29 至 32 孕周之间，通路逐渐重组为更紧密的弧形；到 35 孕周，广泛的 U 形纤维已能在皮层浅表区域辨认出来。

这些图像直接支持的是扩散 MRI 所重建通路的形态变化。研究者进一步提出，早期多方向和松散结构可能反映皮下板富含水分和细胞外基质、迁移细胞与生长轴突交织的环境；这属于结合组织学知识作出的解释，MRI 本身无法分辨其中每一种细胞成分。

图注：23 至 35 孕周的整体图谱以及中央前回—中央后回纤维束，显示浅表通路由平直、松散向弧形和 U 形重组。图源：Li 等，《Science Advances》，2026，Figure 1。

03 组织学提供了怎样的支持

纤维追踪是根据水分子扩散方向推断通路，并不等于直接看见轴突。为核对解剖位置，研究者把宫内 MRI 结果与 Zagreb 人脑发育组织库的胎儿脑切片进行比较。

在中央区，35 孕周 MRI 所示的中央前回—中央后回纤维束，位于皮层第六层下方，与髓鞘碱性蛋白染色中观察到的浅表纤维位置相符，并与更深部的长联络和投射通路分开。在颞叶和额顶区，近足月组织学也显示，短联络纤维位于残余皮下板下方的新生脑回白质内。研究还测得部分层次的厚度，但作者提醒，固定和切片过程会造成组织变形和收缩，不能把这些绝对数值与活体 MRI 直接对照。

图注：中央区、颞叶和额顶区的 MRI 重建与组织学切片并列展示，重点是浅表纤维相对于皮层、皮下板和深部白质的位置。图源：Li 等，《Science Advances》，2026，Figure 2。

额叶切片提供了更广泛的解剖对应。组织学中可见多组位于皮层第六层下方的短联络纤维，MRI 在相近解剖位置重建出连接额中回与额下回、额上回与额中回，以及辅助运动区与中扣带皮层的弧形通路。

图注：额叶近足月组织学与 35 孕周 MRI 重建显示了多组位置和走向相近的短联络纤维。图源：Li 等，《Science Advances》，2026，Figure 3。

这里需要保留一个重要限定：组织学和 MRI 来自不同个体，组织学材料主要集中在晚孕期。因此，这些结果是定性的解剖对应，不是同一胎儿、同一束纤维的直接验证；对于最早孕周的通路尤其要谨慎解释。

04 发育顺序从感觉运动区向联合区推进

研究者在每个孕周组中识别出约 250 条达到群体重复性标准的纤维束，并把某条纤维在当前及之后所有孕周组持续可重复的最早时间，定义为它的“重复出现起点”。这个起点是一个保守的群体指标，通常会晚于轴突真正开始生长的时间。

整体上，靠近中央沟的顶叶及额顶感觉运动通路较早形成稳定结构，随后扩展到额上回、额中回、额下回以及额极等区域。后部则大致从内侧枕叶向外侧枕叶和下颞叶推进。连接早期出现脑回的纤维束，通常也比涉及晚期折叠脑回的纤维束更早达到重复性标准。

研究还比较了 128 对左右半球匹配纤维束，没有发现系统性的起始时间差异，配对 t 检验 P = 0.25。少数纤维束出现很大的左右差异，作者认为更可能来自某一孕周组样本量、信号缺失或质量控制标准造成的确认延迟，而不宜直接解释成真实的生物学不对称。

图注：不同脑叶和脑回折叠阶段的纤维束达到群体重复性的时间不同；左右半球整体没有系统性起始差异。图源：Li 等，《Science Advances》，2026，Figure 4。

05 体积增长与微结构成熟并不同步

纤维束体积在 22 至 38 孕周总体增加，但不同束的增长速度和局部波动并不一致。研究者进一步分析了自由水校正后的平均弥散率（MD）和部分各向异性（FA）。MD 大致反映水分子扩散的平均程度，FA 则描述扩散方向的一致性；两者都会同时受到组织含水量、轴突排列、细胞密度和髓鞘化等因素影响。

多数纤维束的 MD 先上升后下降，峰值通常出现在 24 至 29 孕周，额叶部分通路可延至约 31 孕周。FA 的变化较晚，常在 31 孕周后达到最低点再回升。例如，中央前回—中央后回纤维束的模型转折点约为 31.5 孕周，辅助运动区—中扣带束约为 32.6 孕周；额上回—额中回束的转折点被模型估计为 39.7 孕周，已经超出研究实际观察的 38 孕周上限。

图注：六条额叶代表性纤维束的体积、FA 和 MD 群体拟合曲线；散点来自不同胎儿，并非同一胎儿的连续随访。图源：Li 等，《Science Advances》，2026，Figure 5。

MD 的峰值早于 FA 的最低点，支持作者提出的多阶段模型：早期皮下板扩张、含水量较高，随后细胞外空间减少、轴突逐渐排列，之后方向一致性和早期髓鞘化继续增强。这个解释与组织学和既往发育研究相符，但不能把某一条 MRI 曲线直接指定为单一生物过程。即便经过自由水校正，FA 和 MD 仍是多种微结构变化叠加后的指标。

转折时间也呈现出感觉运动区早、联合区晚的趋势。初级运动和体感区域的纤维束较早进入后期变化阶段，背外侧前额叶、外侧视觉联合皮层等通路则更晚。某些转折点位于足月后，例如研究估计枕叶中回—下回纤维束的 FA 转折点约为 50.5 孕周；由于超出了采样窗口，这类数值只能视为模型外推，不能当作实测的精确时间表。

图注：不同脑叶纤维束的 FA 最低点普遍晚于 MD 峰值，显示浅表白质成熟包含前后相继的多个阶段。图源：Li 等，《Science Advances》，2026，Figure 6。

06 这张宫内发育图谱能说明什么

作者将这项工作定位为首次在全脑、脑回尺度上系统描绘宫内短联络纤维发育的研究。它把皮层折叠、皮下板变化和局部连接的重组放进了同一条时间轴，也为今后研究早产、胎儿脑损伤或神经发育风险提供了一个正常发育参照。

目前的结果还不能用于判断某个胎儿的神经发育结局。研究是横断面的，不是对同一胎儿反复扫描；纤维追踪依赖扩散信号和算法约束，不能证明每条流线都对应真实轴突；组织学来自不同个体，且主要覆盖晚孕期；群体共识掩膜提高了稳定性，也可能弱化个体差异。部分转折点还是观测窗口以外的外推值。

更稳妥的结论是，胎儿脑的局部连接在出生前已经经历有序但不同步的重组。中央区和感觉运动通路较早形成稳定的弧形结构，高级联合区沿着各自的节奏继续成熟。未来若能结合纵向随访、胎儿功能 MRI 和更精细的微结构模型，才可能进一步厘清这些早期通路与出生后功能以及神经发育差异之间的关系。

文献来源：Li B, et al. Insights into temporal and spatial dynamics of short association fiber formation in the human fetal brain. Science Advances, 2026, 12: eaee7989. DOI: 10.1126/sciadv.aee7989。本文为研究解读，不构成医疗建议。