《Developmental Cognitive Neuroscience》：Experience-dependent cortical plasticity in response to formal schooling: effects on networks for reading and mathematics
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5至10岁期间，儿童经历显著的脑结构发育。这些变化与从学前教育向小学阶段过渡同步发生。然而，这一入学过渡在多大程度上驱动了所观察到的脑结构变化，仍不明确。研究人员采用学校入学截点设计（school cut-off design），通过比较接受小学正式教育的儿童
5至10岁期间，儿童经历显著的脑结构发育。这些变化与从学前教育向小学阶段过渡同步发生。然而，这一入学过渡在多大程度上驱动了所观察到的脑结构变化，仍不明确。研究人员采用学校入学截点设计（school cut-off design），通过比较接受小学正式教育的儿童与年龄相近但仍留在学前教育阶段的儿童，区分正式学校教育与年龄相关成熟对儿童脑发育的影响。64名儿童（schooling组36名，中位年龄 = 68.5个月，女生19名；non-schooling组28名，中位年龄 = 66个月，女生19名）在相隔1年的两个时间点接受评估。研究人员对磁共振成像（MRI）数据应用混合效应模型，以考察阅读与数学相关脑区皮层体积、皮层厚度和表面积的纵向变化。结果显示，在与早期阅读和数学相关的双侧——但以左侧为主——颞叶、顶叶和额下回区域中观察到显著的学校教育效应。更具体而言，阅读能力增益与右侧额下回体积和厚度增加、左侧顶上皮层厚度增加以及右侧颞下皮层体积增加相关；数学能力增益与左侧顶下皮层厚度增加相关。体积和厚度增幅较大的儿童，其学业成就提升也更明显。研究结果表明，从学前教育过渡到正式学校教育与双侧皮层灰质变化相关，强调了正式学校教育在塑造发育中大脑方面、超越单纯成熟过程的重要作用，并为经验依赖性神经可塑性提供了一个有吸引力的实例。
该文发表于《Developmental Cognitive Neuroscience》，聚焦儿童从学前阶段进入小学阶段这一关键教育转折点，考察正式学校教育是否会在正常年龄成熟之外，额外塑造发育中的大脑皮层结构。既有研究已经表明，5至10岁是神经认知功能与脑成熟快速变化的时期，总脑体积持续变化，皮层灰质在不同脑区呈现增加、减少或相对稳定等异质性轨迹。与此同时，儿童开始系统接受阅读和数学教学。与口语习得不同，阅读和数学并非人脑天然预设的能力，而是依赖文化传递与显性教学获得，因此它们为观察经验依赖性神经可塑性提供了理想窗口。
现有关于阅读和数学脑基础的研究，多集中于横断面关联或一般纵向追踪，虽然发现阅读能力与额下回、颞上回、梭状回、缘上回等区域灰质体积或皮层厚度有关，数学能力与顶下皮层、颞叶、海马及额下回等结构有关，但这些研究通常无法区分年龄增长带来的自然成熟效应与学校教育暴露本身的影响。少量干预研究提示，强化阅读训练可引起特定灰质结构变化，但相关对象多为阅读障碍或高风险儿童，且训练情境与常规学校教育存在差异，因此研究结论难以直接外推至正常发育儿童的日常教育经验。正因如此，正式学校教育究竟如何影响阅读与数学相关皮层网络，仍缺乏直接证据。该研究的价值正在于首次将学校入学截点设计应用于结构磁共振成像研究，在相近年龄儿童中比较“已进入小学一年级并接受正式教学”与“仍处于游戏导向学前环境”的两组个体，从而更有力地识别学校教育对脑结构发育的独特贡献。
研究人员在比利时佛兰德斯地区招募64名典型发育、单语儿童，依据1月1日这一官方入学截点构建两组：出生于2015年10至12月的相对年幼一年级组，以及出生于2016年1至3月、仍在学前班的相对年长学前组。所有儿童在基线时均处于学前教育阶段，1年后其中一组进入小学一年级，另一组仍留在学前教育。研究采用纵向设计，在两个时间点采集行为学与结构磁共振成像（MRI）数据，并重点分析与早期阅读和数学相关的预定义感兴趣区。研究假定，相较于主要受产前因素影响的皮层表面积，正式学校教育更可能作用于皮层体积与皮层厚度。
方法上，研究主要结合学校入学截点设计、纵向结构磁共振成像（MRI）和线性混合效应模型。样本来自比利时佛兰德斯地区两组年龄相近儿童队列，在相隔1年的两个时间点完成行为测评与3 T MRI扫描。研究人员利用FreeSurfer 6.0纵向处理流程提取皮层体积、皮层厚度和表面积，并在阅读和数学相关感兴趣区（ROI）内建模timepoint×group交互效应；随后对出现学校教育效应的脑区，进一步分析脑结构变化与阅读、算术成绩增益之间的相关关系，并进行假发现率校正。
结果部分显示，学校教育效应主要出现在皮层体积和皮层厚度指标上，这与研究假设一致，也提示后天学习经验可能更容易在这两类结构参数中留下痕迹。
3.1. Participant and group characteristics
两组儿童在性别、社会经济地位、头动、颅内容积和半球总表面积等变量上无显著差异，说明分组总体可比。尽管两组年龄存在2至3个月的差异，但这是入学截点设计所固有的结果。行为数据方面，入学后schooling组在阅读和算术成绩上明显优于non-schooling组，而言语能力和空间能力差异不显著，说明正式学校教育与目标学业能力提升密切相关。
3.2. Linear mixed-effects models
研究人员通过混合效应模型，分别评估皮层体积、皮层厚度和表面积在两组中的纵向变化，以区分学校教育效应与成熟效应。
3.2.1. Volume
在皮层体积方面，研究发现左侧顶下皮层、右侧额下回眶部和右侧颞下回存在显著group×timepoint交互效应。进一步事后分析显示，这些脑区体积增加仅出现在schooling组，而non-schooling组未见显著变化。该结果说明，正式学校教育与顶叶、额叶和颞叶中若干阅读/数学相关区域的灰质体积增加有关。
3.2.2. Cortical thickness
在皮层厚度方面，左侧顶下皮层、右侧额下回眶部、左侧额下回三角部、左侧顶上皮层和右侧颞下回存在显著交互效应。事后比较表明，这些效应主要表现为non-schooling组在1年间出现显著皮层变薄，而schooling组未出现相应变薄。也就是说，正式学校教育并不一定导致显著增厚，但与发育过程中通常出现的皮层变薄减缓有关。这一模式提示，学校教育可能通过调节正常成熟轨迹而影响灰质发育。
3.2.3. Cortical surface area
在皮层表面积方面，仅左侧颞下回显示显著交互效应。schooling组在1年后表面积增加，而non-schooling组无显著变化。总体而言，表面积效应较少，支持研究最初关于表面积相对不易受短期教育经验影响的判断。
3.3. Longitudinal brain-behavior correlations in the schooling group
在schooling组内，研究人员进一步检验了脑结构变化与学业增益之间的关系。结果表明，阅读成绩提升与右侧额下回眶部体积增加、右侧额下回眶部厚度增加、左侧顶上皮层厚度增加及右侧颞下回体积增加显著相关。数学成绩提升则仅与左侧顶下皮层厚度增加显著相关。该结果说明，学校教育相关的皮层变化不仅存在于群体层面，而且与个体层面的学习收益直接相关。
讨论部分强调，该研究首次在结构脑成像层面证明，从学前到小学的过渡与双侧、但以左半球为主的皮层灰质变化相关，这些变化超出了单纯年龄成熟的解释范围。阅读相关效应主要涉及颞叶、顶叶和额下回区域，基本符合早期阅读网络在双侧分布、随后逐渐左侧化的发展观点。研究还指出，观察到的皮层厚度交互效应主要由non-schooling组的变薄驱动，因此更适宜理解为schooling组的“规范性变薄减速”，而非简单的“皮层增厚”。这一模式与以往关于学习训练可调节皮层变薄轨迹的研究相吻合。
在数学方面，左侧顶下皮层厚度增加与算术进步相关，进一步支持顶叶区域在数字加工和数量表征中的核心作用。研究同时指出，梭状回、缘上回及顶内沟（IPS）等既往常被认为与阅读或数学相关的区域，在本研究中未观察到明确学校教育效应，这可能与样本年龄尚小、结构改变尚不明显、功能专门化先于形态变化，或所用脑区分区图谱空间分辨率有限等因素有关，但作者并未超出数据作出推断。
研究也明确提出若干局限。首先，皮层形态学变化背后的细胞机制尚不清楚，体积或厚度改变可能涉及神经元大小、胶质细胞密度、血管变化等多重过程。其次，学校入学截点设计虽可增强因果推断，但无法进一步区分究竟是教学内容、课堂环境还是同伴互动驱动了这些结构改变。再次，本研究采用基于既有文献预设的感兴趣区分析，虽然有助于检验理论假设，但也限制了对更广泛脑区变化的探索。最后，儿童纵向MRI研究不可避免地面临样本量、脱落率与头动伪影等挑战。
该文结论部分可译为：本研究首次提供证据表明，从学前教育过渡到小学教育与双侧皮层灰质变化相关。这些变化超越了一般成熟轨迹，并且似乎与通过正式教学获得的早期阅读和数学能力有关。未来采用更精细的解剖图谱、更大样本和多模态成像的研究，对于全面理解幼儿早期教育的神经相关机制将至关重要。
总体而言，该研究以严谨的准实验设计、纵向结构MRI和行为关联分析为基础，较为有力地证明了正式学校教育在儿童早期脑发育中的塑形作用。其重要意义在于，将学校教育从单纯的社会文化变量推进为可测量、可映射到皮层灰质发育轨迹的关键环境经验，为理解阅读与数学学习的神经基础、以及教育如何影响发育中大脑，提供了直接而有分量的证据。
