摘要

心智化（即推断他人想法和意图的能力）依赖于一个脑区网络，该网络的功能连接在整个发育过程中会发生变化。虽然以往的研究主要关注成年人，但对于该网络在发育过程中基于任务的脑功能连接，我们知之甚少。

我们利用功能磁共振成像技术，检测了181名参与者（80名6-14岁的儿童；101名20-61岁的成年人）与心智化相关的脑区激活和基于任务的脑功能连接。分析评估了脑区激活和功能连接的年龄相关变化，并检验了在不同神经发育群体中，功能连接是否在年龄与心智化能力之间起到中介作用。

成年人心智化判断的准确率高于儿童，但儿童的表现也随年龄增长而提高。脑区激活模式在不同年龄组间大致重叠，均涉及核心脑区，如颞顶联合区、楔前叶和内侧前额叶皮层。功能连接分析显示，儿童表现出更强的局部连接（额叶-额叶，后部-后部），而随着年龄增长，长距离连接（额叶-后部）逐渐增强。成年人则展现出更整合的网络，但其功能连接强度随年龄增长而下降。连接强度遵循二次曲线轨迹，在成年早期（约32岁）达到顶峰。重要的是，功能连接在儿童组中对年龄与心智化能力的关系起中介作用，但在成年人组中则没有。

这些研究结果表明，在发育过程中，心智化脑网络的功能连接经历了从局部连接向分布式连接的转变，随后又随年龄增长而下降，这为了解社会认知的毕生发展变化提供了启示。

引言

人类的社会性依赖于一系列 versatile 的技能，这些技能对于在整个生命周期中驾驭社会环境至关重要。社会能力需要整合多种认知和情感过程，包括执行功能、记忆、情绪加工和情绪调节。心智化，即推断他人想法、感受和意图，同时将其与自身想法区分开的能力，是这些关键社会技能之一。熟练的心智化能力与较少的行为问题、减少的躯体主诉以及更好的长期心理健康状况相关。心智化能力受损与多种精神疾病有关，包括抑郁症、边缘型人格障碍、述情障碍和自闭症谱系障碍。

心智化能力与各种认知和行为技能（包括注意力、语言、记忆和执行功能）同步发展。儿童通常在四到六岁之间获得外显的心智化能力，表现为他们能够口头识别错误信念，并区分自己与他人的心理状态。尽管心智化的前兆在13-18个月大时就已经出现，但那些需要言语推理、观点采择和认知控制的外显且基于反应的心智化形式，在整个童年中期和青春期持续发展，并且可以从大约5-6岁开始可靠地评估。因此，本研究针对一个年龄范围（6-14岁）的儿童，他们既能理解任务指令，也能以足够的可靠性执行外显的心理理论判断。此外，关于整个生命周期中心智化技能的研究结果并不一致，一些针对成年人的研究报告技能有所提升，而另一些则表明心智化能力在中年至晚年会出现与年龄相关的下降。近期的证据强调了理解年龄如何影响心智化的重要性，尤其是在区分认知成分和情感成分方面。此外，研究也强调需要采用更自然、更复杂的任务。

二十年的神经影像学研究已经识别出一个所谓的心智化网络，即一组在心智化任务中持续激活的脑区。该网络被认为支持向自己和他人归因思想、情感和意图的能力，包括内侧前额叶皮层、楔前叶、前扣带回和后扣带回皮层、双侧颞顶联合区以及颞叶前部区域。虽然元分析主要总结了针对成年人的研究结果，但我们最近通过综合儿童和青少年的功能性神经影像学研究，对这一知识体系进行了扩展。据此，三个关键脑区——内侧前额叶皮层、楔前叶和右侧颞顶联合区——在儿童、青少年和成人的心智化过程中持续激活。然而，随着年龄增长，进入青春期和成年早期后，更多的脑区被招募进来，包括双侧额下回、额中回和额上回、脑岛以及枕极。因此，发展研究表明，心智化网络在儿童早期功能上就已显现，但与心智化相关的神经信号似乎随年龄增长而精细化。

心智化，如同任何其他认知功能一样，不仅依赖于单个脑区的激活，还依赖于它们之间的协调共激活。功能连接指的是感兴趣脑区之间在时间上协调的神经活动变化。因此，理解功能连接以及任务相关的激活，可以更深入地洞察支撑复杂技能（即心智化）的动态神经过程。多项研究表明，局部激活的差异和功能连接的改变都与心智化能力受损有关，这一点在临床和非临床人群中均有观察到。因此，越来越多的证据表明，网络功能障碍是神经精神疾病发病机制中的一个关键因素。

大多数发展性功能连接研究都集中在静息态评估上，这捕捉的是自发的内在活动模式。这类研究表明，全脑功能连接组的生命历程轨迹可能呈非线性，在生命第四个十年左右（即大约38岁）达到峰值。内在功能连接的总体出现、早期发展和随后的衰退已被证明与人类认知和行为的变化有关，因此被认为是为认知功能提供基础。

在系统层面，静息态默认模式网络的快速发展（约32岁达到峰值）与本研究尤为相关，因为该网络与心智化所涉及的脑区有显著重叠。虽然默认模式网络在年幼儿童中显得支离破碎，但随着年龄增长，它变得更加整合和凝聚。值得注意的是，连接解剖学上 distant 脑区的更强长程功能连接，可能对成熟默认模式网络架构的出现和高级认知至关重要。

尽管不太常见，但基于任务的功能连接为了解特定认知任务（即心智化）期间相关脑区之间的协调激活提供了见解。事实上，已有研究表明，与静息态连接相比，基于任务的连接能提供更独特、更可靠的行为预测指标。然而，尽管心智化过程中基于任务的激活已有充分记录，但基于任务的功能连接仍不甚明了。Burnett 和 Blakemore（2009）使用基于种子点的功能连接分析，发现前额叶皮层与颞顶联合区、后颞上沟和颞叶前部皮层存在连接，并且在青少年和成人的心智化过程中，所有这些连接都得到增强。青少年表现出比成人更强的 前额叶皮层-颞顶联合区/后颞上沟 连接，提示心智化网络连接存在发育特异性模式。类似地，Richardson 等人（2018）使用电影任务范式，在3-12岁儿童中识别出一个心智化网络，该网络与成人的网络相似，但会随着年龄增长成为一个更整合、功能更特化的网络。更强的网络内连接以及与疼痛网络的反相关性增加，表明随着时间的推移，功能特化程度更高。

然而，研究整个儿童期和青春期的区域激活和基于任务的功能连接动态，可能会加深我们对复杂技能（如心智化）习得所依赖的神经机制的理解。为填补这一证据空白，本研究旨在调查典型发育儿童（80名，6-14岁）和成人（101名，20-61岁）在心智化任务中的行为表现和全脑功能激活的相关性，以及相关的功能连接模式。基于先前的元分析和基于任务的研究结果，我们假设：（H1）儿童和成人在心智化任务中的表现将高于随机水平，并且儿童的表现随年龄增长而提高。（H2）在儿童和成人中均能观察到心智化网络关键脑区（如左/右侧颞顶联合区、楔前叶、右侧颞上沟、背内侧前额叶皮层、中间内侧前额叶皮层和腹内侧前额叶皮层）的神经激活。（H3）这些脑区之间的基于任务的功能连接将随年龄增长而增强，成人表现出更强、更广泛分布（例如长程连接）的连接模式。因此，与儿童相比，成人的整体心智化网络连接强度更高。最后，将利用所有参与者的数据来探索年龄与心智化技能之间的关系是否由连接强度的变化所中介，以及这些关联是否在不同的神经功能阶段有所不同。我们将参与者区分为：儿童组（≤14岁），其特征是持续成熟和功能分离性增加；年轻成人组（20-32岁），代表网络整合的上升至峰值阶段，功能相对稳定；以及中年成人组（33-61岁），经历连接强度的逐渐下降；这与以下内容一致...

结果

心理理论（行为学表现）

在CAToon fMRI心理理论任务的20个试次中，儿童平均正确率为81.90%（均值M=16.38，标准差SD=2.29），成人正确率为85.51%（M=17.10，SD=1.54；表1）。Welch's t检验显示成人得分显著高于儿童，t(131)=-2.40，p=.018，效应量d=-0.38。在儿童中，心理理论任务表现（即正确率）随年龄显著增长（r(75)=.34，p=.002；补充图1），而成人中未观察到与年龄的相关性（r(95)=-.03，p=.778）。

fMRI：心理理论的任务态神经相关

儿童组。单样本t检验显示，心理理论相关脑区激活增强，与既往研究[^23,24^]一致，包括：楔前叶（PC）延伸至后扣带回、双侧颞顶联合区（TPJ）延伸至双侧颞中回和上颞沟（STS）及颞极、双侧梭状回、眶额皮层，以及内侧前额叶区域延伸至前扣带回皮层。此外，观察到边缘系统区域激活增强，包括杏仁核、海马和脑岛（表2，图1；经FWE校正的数据见NeuroVault：https://neurovault.org/collections/JQTZMGIX/images/1011920/）。在所识别的任何脑区簇中均未观察到显著的年龄效应。对七个先验感兴趣区（ROI）进行事后非参数偏相关分析，包括双侧TPJ[左/右TPJ]、PC、右侧STS[RSTS]、背内侧前额叶[DMPFC]、中内侧前额叶[MMPFC]和腹内侧前额叶[VMPFC]。虽然未校正分析显示年龄与RSTS（r(76)=.29，p=.009）和RTPJ（r(76)=.27，p=.015）存在关联，但这些关联未通过多重比较校正（校正后p=.007；.05/7）。

图1. 心理理论的神经相关因素

(A) 儿童与成人在心理理论期间的神经激活。

(B) 联合分析结果，代表两组，使用全脑FWE校正进行多重比较检验，p < 0.05；x = 6, y = -47, z = 21。

表2. 儿童心理理论峰值激活报告（n = 80）

成人组。单样本t检验显示心理理论相关区域激活增强，包括PC、后扣带回、双侧TPJ、双侧颞中回和STS及颞极、双侧梭状回、眶额皮层和内侧前额叶区域以及前扣带回皮层。此外，边缘系统区域参与，包括双侧脑岛、海马和杏仁核（表3，图1；经FWE校正的数据见NeuroVault：https://neurovault.org/collections/JQTZMGIX/images/1011917/）。在所识别的任何全脑脑区簇中未观察到显著的年龄效应。对七个关键心理理论ROI进行事后非参数偏相关分析，经多重比较校正后未显示显著年龄效应（校正后p=.007；.05/7），未校正分析显示年龄与DMPFC（r(97)=-.25，p=.012）和LTPJ（r(97)=-.23，p=.025）存在关联，而所有其他ROI的p>.05。

表3. 成人心理理论峰值激活报告（n = 101）

联合分析。为识别成人和儿童共同激活的脑区，使用SPM中的ImCalc函数进行联合分析。共同激活的体素包括：双侧TPJ、PC延伸至后扣带回皮层和旁中央小叶、枕叶、颞叶区域（双侧颞下回、颞中回和STS、双侧梭状回和双侧颞极）、内侧前额叶延伸至前扣带回皮层、眶额皮层，以及边缘系统区域，包括双侧脑岛和右侧海马（经FWE校正的数据见NeuroVault：https://neurovault.org/collections/JQTZMGIX/images/1011921/）。

ROI-to-ROI功能连接性

儿童组。ROI-to-ROI功能连接性分析显示，在心理理论任务期间，8个连接存在显著正连接，包括2个额叶-额叶连接和6个后部-后部连接，但无额叶-后部连接（图2，表4）。观察到8个连接随年龄增长而连接性增强，包括7个额叶-后部连接和1个后部-后部连接，但无额叶-额叶连接（图2，表5）。年龄与整体心理理论网络连接强度之间的非参数偏相关分析显示显著正相关（r(76)=.31，p=.006）。

图2. 显示儿童与成人在心理理论期间基于任务的ROI-to-ROI功能连接性的环形图

心理理论期间的显著功能连接性，控制年龄、性别和地点：(A) 儿童；(B) 成人。连接强度的年龄主效应，控制性别和地点：(C) 儿童；(D) 成人。颜色标尺指示功能连接效应的强度和方向（t值）。暖色（黄-红）表示正效应，冷色（蓝）表示负效应。颜色强度反映效应大小。所有分析均经错误发现率校正（p-FDR <0.05）进行多重比较。

成人组。在成人中，ROI-to-ROI分析显示心理理论任务期间15个连接存在显著正连接，包括3个额叶-额叶连接、5个后部-后部连接和7个额叶-后部连接（图2，表4）。成人年龄效应检验显示8个连接连接性显著降低，包括3个额叶-额叶连接、5个额叶-后部连接，但无后部-后部连接（图2，表5）。年龄与整体心理理论网络连接强度之间的非参数偏相关分析显示负相关（r(97)=-.22，p=.026）。

表4. 儿童与成人在心理理论期间的ROI-to-ROI连接性

儿童与成人中的线性和非线性年龄效应

年龄与心理理论任务表现。在线性模型中，年龄是显著预测因子（b=0.02，t=2.17，p=.032），解释了4.44%的方差（校正R²=.04，F(3,174)=3.74，p=.012）。加入二次项未显著改善模型拟合（p=.063），尽管解释方差增加至5.80%（校正R²=.06，F(4,173)=3.73，p=.006）。

年龄与ROI-to-ROI连接性。多元回归分析检验年龄对心理理论试次期间整体连接强度的影响。在线性模型中，年龄是显著预测因子（b=0.002，t=3.22，p=.002），解释了7.98%的方差（校正R²=.08，F(3,177)=6.20，p<.001）。纳入二次项显著改善了模型拟合（p<.001），并将解释方差增加至17.15%（校正R²=.17，F(4,176)=10.32，p<.001）。线性项（b=0.02，t=5.08，p<.001）和二次项（b=-0.000，t=-4.54，p<.001）均显著。计算二次曲线顶点显示，整体心理理论网络连接性随年龄增长而增强，约在32岁左右达到峰值后下降（见图3A）。

图3. 年龄对连接强度和心理理论表现的影响

(A) 年龄（以年计；x轴）与整体心理理论网络连接性（y轴；Fisher-z转换相关分数）之间的二次曲线关联呈倒U型轨迹，约在32岁左右达到峰值。

(B) 长程连接强度随年龄和组别变化，在儿童中增加，在青年成人中显示较弱但仍显著的增加，在中年成人中无显著年龄关联。在各组间，心理理论任务表现与儿童的长程连接强度呈正相关。在调节中介模型中，观察到儿童组年龄通过长程连接强度对心理理论表现的显著间接效应（另见表6）。

调节中介分析。年龄（b=0.03，t(173)=3.88，p<.001）和组别（b=0.19，t(173)=3.10，p=.002）显著预测长程连接强度，存在显著的年龄×组别交互作用（b=-0.01，t(173)=-4.54，p<.001；图3B；表6）。长程连接强度随年龄增长在儿童中增强（b=0.02，t(173)=3.36，p=.001），在青年成人中增强（b=0.01，t(173)=2.08，p=.039），在中年成人中无显著预测效应。心理理论任务表现由长程连接强度正向预测（b=6.79，t(172)=3.65，p<.001），且长程连接强度与组别的显著交互作用（b=-2.65，t(172)=-3.01，p=.003）为模型增加了显著解释力（长程连接强度×组别：F(1,172)=9.04，p=.003，R²变化=.05）。在各年龄组内，心理理论任务表现仅由长程连接强度在儿童中正向预测（b=4.13，t(172)=3.66，p<.001），在青年成人中效应不显著，在中年成人中效应为负但不显著。年龄通过长程连接强度对心理理论能力的间接效应仅在儿童中显著（b=0.07，Bootstrap标准误=0.04，95%Bootstrap置信区间[0.004, 0.158]），在青年和中年成人中不显著。

表6. 调节中介分析总结：检验年龄与心理理论之间的关系是否由长程连接强度（ConnLR）介导，以及此类关联是否因组别（儿童、青年成人、中年成人）而异

讨论

本研究调查了儿童和成人的心理理论表现、其神经相关因素以及任务态功能连接性，解决了先前研究主要关注成人或静息态连接性所留下的空白。虽然儿童和成人均激活了大量重叠的核心心理理论网络，但连接模式随年龄显著变化。在行为学上，成人在心理理论准确性方面优于儿童，尽管儿童表现出与年龄相关的改善。神经激活分析证实了所有参与者关键心理理论区域的参与，包括颞顶联合区（TPJ）、楔前叶（PC）和内侧前额叶皮层（PFC）（与既往研究一致）。然而，功能连接性分析揭示了不同的发育关联：儿童表现出强的局部（额叶-额叶和后部-后部）连接性，随年龄增长与长程（额叶-后部）连接性的出现相关。相比之下，成人显示出更加整合的网络，但长程连接的连接强度随年龄下降。在所有参与者中，观察到整体网络连接强度呈二次曲线模式，在成年早期（约32岁）达到峰值。调节中介分析进一步显示，长程连接强度介导了儿童（≤14岁）年龄与心理理论表现之间的关联，但在青年成人（23-32岁）或中年成人（33-61岁）中则不显著，突显了网络整合对早期发育中社会认知的重要性。

全脑组分析以及共享激活的联合分析证实了儿童和成人相似的神经心理理论网络的参与，包括内侧PFC、后扣带回皮层、PC、TPJ、颞极和颞回以及边缘系统区域。这些发现与先前研究一致，表明心理理论的一些核心神经相关因素在儿童早期出现，并在成年期保持可比性。在儿童和成人中，观察到这些关键区域的激活，组内无显著年龄效应。先前研究报告了前额叶心理理论区域的年龄相关差异，激活既有增加也有减少，取决于任务需求、认知处理要求和所研究的年龄范围。此处观察到的大量重叠的心理理论网络支持了从中童期开始心理理论相关因素相对稳定的观点。然而，需要包括更年幼儿童和老年人的未来研究来进一步阐明生命全程发展。此外，可以在更宽年龄范围内测试更具适应性的任务，可能揭示任务诱发激活中更大的年龄相关变异性。

儿童在评估先验定义、基于ROI-to-ROI的功能心理理论网络时表现出显著的任务态局部连接性，具有强的额叶-额叶和后部-后部连接，但无额叶-后部连接。这一观察与先前研究默认模式网络（DMN）的证据一致，表明年幼儿童的功能连接组更加片段化和 disconnected。随年龄增长，七个长程连接在儿童和青少年期出现，反映了额叶和顶叶区域的更大协同激活，以及一个更多的后部-后部连接（右TPJ-右STS）。我们的发现与从局部向更加整合的功能网络组织转变的提议一致，可能反映了潜在的神经发育过程，如髓鞘形成和白质束成熟，这些过程持续至成年早期。

在发育人群中，心理理论任务期间功能连接性的研究仍然有限。然而，我们的发现与过去识别随年龄网络专业化增强的研究一致，如功能连接性的变化所示。例如，过去研究同样发现青少年表现出增强的腹内侧前额叶-颞顶连接，而儿童（3-12岁）表现出TPJ、PC和内侧前额叶皮层之间连接的年龄相关增加。值得注意的是，一些研究报告心理理论区域连接模式在发育过程中保持稳定。这种差异可能源于任务设计、样本特征和分析方法的变化（例如，心理生理交互作用分析与全脑功能连接性，以及本研究的任务态连接性发现）。

儿童主要表现为局部连接性，长程连接随年龄逐渐出现。相比之下，成人显示出更加整合的心理理论网络，以显著的额叶-额叶、后部-后部和额叶-后部任务态连接性为特征，反映了局部和全局网络整合之间的成熟平衡。然而，成人随年龄增长与整体网络连接强度下降相关，特别是额叶-额叶和额叶-后部连接，而后部-后部连接保持稳定。成人随年龄增长连接强度下降的发现与先前工作一致。例如，Siman-Tov及其同事发现，与青年成人（21-40岁）相比，中年成人（41-61岁）的连接强度下降。此外，Fehlbaum及其同事（采用元分析连接性建模）的发现与我们的观察一致，强调了上/颞中区域、PC、内侧额上回以及中/下额回和中/内侧额回的协同激活，在心理理论期间还与丘脑、基底节和顶下/顶上小叶有额外联系。

值得注意的是，我们在颞顶和上颞区域观察到不对称的年龄相关效应，与先前证据一致。具体而言，左TPJ和右STS表现出不同的发育轨迹。这种半球分化可能反映了心理理论中从知觉锚定向更抽象推理过程的转变。左TPJ与概念性观点采择和语言介导的他人信念推理相关，而右TPJ和右STS（尽管本研究中并非两者都显示年龄效应）通常与视觉-社会知觉和动态社会线索解码（如注视方向、运动和面部表情）相关。因此，这些区域的发育完善可能反映了从儿童期知觉性社会理解向青少年期和成年期日益抽象推理和语言形式的心理状态归因的转变。这一解释与皮层专业化更广泛模型一致，表明功能分化在脑成熟期间增加，随后在成年期出现汇聚或分离减少。然而，由于左STS未纳入我们的ROI，且全脑激活似乎主要为双侧性，任何偏侧化效应应谨慎解释。

在所有参与者中，年龄是心理理论任务表现的显著预测因子，尽管二次模型相比线性模型未显著改善拟合。相比之下，我们在全样本中测试的整体连接强度遵循二次轨迹，随年龄增长，约32岁达到峰值后下降。这些脑连接的变化被假设为认知发展的基本机制。随着功能和结构网络的成熟，高阶认知能力的发展得以实现，例如心理理论技能。网络强度早期增加后下降的模式与报告DMN二次成熟轨迹的证据一致。例如，Sun及其同事的大规模证据，基于超过33,000名个体生命全程的静息态fMRI数据，识别出连接组强度类似的非线性增加后下降。证据轨迹主要由中程和长程连接的变化驱动，与我们的任务态发现相呼应。值得注意的是，快速增加后下降的轨迹似乎特定于DMN（包括许多与心理理论相关的区域），但在其他网络（如感觉运动网络）中不存在。

鉴于观察到的年龄相关心理理论表现和长程连接模式（儿童期上升，成年早期达到峰值），我们进行了调节中介分析，调查长程连接强度的变化是否介导三个神经发育组（儿童、青年成人、中年成人）年龄与心理理论技能之间的关系。我们发现年龄和组别显著预测长程连接强度，儿童随年龄增长而增加，青年成人仍有较弱但正向的效应，中年成人无显著关联。长程连接强度仅在儿童中介导了年龄与心理理论任务表现之间的关系，表明长程连接的出现在此发育时间窗口对支持社会认知技能发挥核心作用。长程连接强度在青年成人中继续存在显著但较弱的正向关联，但与中年成人的心理理论表现无显著关联。有趣的是，尽管整体连接强度随年龄下降，我们样本中成人的心理理论表现并未随年龄下降。这一模式表明支持心理理论的神经机制在生命全程可能发生转变，或中年成人存在代偿机制的影响。与我们的发现相反，成人过去的工作识别了认知表现的年龄相关下降。Moran等报告老年成人（约70岁以上）在社会认知任务期间内侧PFC参与减少，伴随心理状态归因能力下降，突显了在未来研究中使用不同任务需求和涵盖全生命周期的范式的重要性。

虽然支持社会认知的神经架构在生命全程经历重组，我们的发现可能指向神经机制的重新校准而非功能下降，连接强度下降不一定意味着社会认知能力减弱。在成年期，心理理论技能可能依赖于更稳定或超出连接强度本身的代偿机制。例如，研究表明老年成人可能参与替代神经通路或网络以维持认知功能，包括社会认知，尽管某些脑区随年龄下降。在我们的研究中，观察到的儿童和成人功能神经激活的早期稳定性需要批判性解释，更具挑战性的任务可能揭示任务诱发激活中更大的年龄相关变异性或技能相关变化。

在儿童和青少年中，心理理论表现与长程连接强度呈正相关。年龄通过长程连接强度对心理理论表现的间接效应仅在该组显著，支持网络整合在早期发育中塑造社会认知能力中发挥关键作用的观点。

本研究年龄相关发现基于横断面样本，限制了因果发育推断。需要前瞻性纵向数据的未来研究来复制这些随时间的网络变化。此外，我们的样本未涵盖所有发育时期（特别是婴儿、幼儿、14-20岁青少年和61岁以上老年人缺失），这排除了关于连续生命全程轨迹的结论。由于我们的任务设计用于明确的、基于反应的心理理论，未包括6岁以下儿童。未来工作应调整范式以适应更年幼参与者，以捕捉学龄前早期内隐和外显心理理论能力的出现（例如，通过更具适应性的任务）。我们样本内和年龄组的年龄分布非正态，可能夸大了标准误并降低统计效能，限制了我们检测代表性不足组年龄相关效应的能力。由于我们的样本不包括14-20岁参与者，青春期和成年初显期_pubertal和社会认知发展的关键年龄窗口仍超出我们检验范围。因此，基于神经功能阶段的分组（≤14岁、20-32岁、≥33岁）是数据驱动的，反映观察到的连接轨迹而非预定义发育阶段，但这一年龄差距对未来工作仍是重要局限。性别分布不均也可能影响结果；虽然控制了性别效应，但需要更大、更平衡的样本来更详细探索性别特异性功能连接轨迹。本研究未将观察到的网络变化与现实生活社会能力直接联系，这是理解其更广泛意义的关键步骤。虽然应用了ComBat协调以最小化站点相关方差，但不能完全排除细微的扫描仪特异性效应，突显了在独立多站点样本中复制的重要性。未来研究应阐明连接性变化的方向性（例如，正相关增强或反相关丧失），并整合任务态测量与静息态或动态刺激驱动数据。

方法

参与者

参与者通过社交媒体、传单、在线平台和口碑招募，在瑞士两个地点（巴塞尔和苏黎世）进行测试。分析纳入80名儿童（29名女性，51名男性；平均年龄10.1岁，范围：6-14岁）和101名成人（71名女性，30名男性；平均年龄38.65岁，范围：20-61岁）。27名成人和33名儿童曾参与先前研究。参与者具有足够的德语水平以理解fMRI任务指令，且智商为平均或平均水平以上（表1）。14名儿童和14名成人在分析开始前因数据质量低、佩戴牙套、过度头动、幽闭恐惧症、任务未完成、发育迟缓或视觉障碍而被排除。本研究经瑞士西北和中部伦理委员会（巴塞尔）和苏黎世州伦理委员会批准。成人参与者提供书面知情同意，儿童则获得家长书面知情同意和儿童知情同意书。遵循了所有与人类研究参与者相关的伦理规定。

表1. 儿童与成人组特征

行为学评估

智力/教育。 智商采用德国版韦氏儿童智力量表（WISC-IV）和韦氏成人智力量表（WAIS-IV）报告，使用矩阵推理（非言语智商）和词汇（言语智商）的标准化常模分数（表1）。由于仅部分成人可获得智商分数，我们额外计算其最高教育水平，采用国际教育标准分类（ISCED）进行评估。平均教育程度为ISCED水平5.34±2.05，表明大多数完成了高等教育水平。

心理健康。采用家长报告的优势与困难问卷（SDQ）评估儿童的心理适应。将品行问题、情绪症状、多动和同伴关系问题领域相加得到总困难分数。成人完成简明症状量表（BSI），这是一份评估心理健康的53项自评问卷。通过平均所有53项的分数计算反映心理健康的总体严重指数（GSI），然后转换为按性别和年龄调整的标准化T分数。无任何成人或儿童达到临床相关总分（GSI≥63或SDQ总分≥17）。

神经影像学任务

fMRI

在神经影像采集期间，每位参与者完成了CAToon任务，这是一项开源的fMRI心理理论任务，包括在扫描仪外进行的预备训练。CAToon由30个卡通故事组成，三个条件各10个故事：两个实验条件（形成心理理论：情感心理理论和认知心理理论条件），以及一个控制条件（物理因果性）。参与者观看包含三张连续图片的不完整图片故事，每张图片显示三秒。随后，他们被提示通过同时显示在屏幕上的三个可能结局中选择一个来完成故事。在训练期间，参与者完成三个示例试次，并被指导通过考虑角色的想法和感受或应用基本物理规则（控制条件，例如冰融化、物体下落）来做出决定。参与者使用按键盒指示其对最可能故事结局的选择，在7-10秒的回答窗口内按下三个按钮之一（任务详情见补充图2和补充方法1）。

心理理论（行为学）

扫描仪内表现通过计算实验和控制条件（即心理理论和物理因果性）的总体正确率以及仅实验条件中心理理论试次的正确率来评估（表1）。由于按键盒技术故障，一名儿童和两名成人的扫描仪内任务表现数据缺失。为确保理解和任务可靠性，所有参与者在扫描前完成了广泛的训练 session，在此期间他们口头解释每个试次的推理，确认对任务需求的理解。此外，对这些参与者的一级激活图进行视觉检查确认了预期的任务相关激活模式，支持了组水平发现的可靠性。

神经影像采集

全脑T2*加权回波平面图像在巴塞尔使用Siemens 3T Prisma MR扫描仪（20通道头线圈）采集，在苏黎世使用3T GE SIGNA Premier扫描仪（48通道头线圈）采集。两个地点均包含虚拟扫描，随后丢弃以校正T1平衡效应。结构像mprage（巴塞尔）和BRAVO（苏黎世）T1加权图像用于配准（采集详情见补充方法2）。

神经影像分析

感兴趣区（ROIs）。ROI基于462名神经典型成人的独立组分析激活图进行功能定义，包括双侧TPJ[L/RTPJ]、PC、右侧STS[RSTS]、背内侧PFC[DMPFC]、中内侧PFC[MMPFC]和腹内侧PFC[VMPFC]。解剖标签仅供定位参考。所有ROI在补充图3中可视化。

fMRI预处理。 分析在SPM中进行。功能图像与第一张图像重新对齐，配准到每位参与者的结构像，标准化到标准空间（蒙特利尔神经学研究所模板），并使用8毫米半高全宽各向同性核进行平滑。使用ART工具箱检测运动和信号异常值。ART基于六个重排参数导出的逐帧位移识别异常体积。显示平移变化超过2毫米或全局强度异常值的体积在一级GLM中用单脉冲 nuisance（"尖峰"）回归变量建模，而非删除或时间插值（见补充方法3）。在每个参与者的一级模型中加入六个运动参数和一个聚合异常值回归变量。鉴于区组设计和审查体积比例较低，预计此方法对模型效率影响可忽略不计。应用0.01 Hz（128秒）高通滤波。激活图使用自动解剖标记图谱标记。

fMRI - 随机效应。一级分析将任务事件建模为与标准血液动力学响应函数卷积的方波函数。感兴趣的回归变量包括"情感心理理论"、"认知心理理论"和"物理因果性"条件的完整试次持续时间，包括决策时间。心理理论通过对比"情感心理理论"和"认知心理理论"试次与控制条件（"物理因果性"）来评估。全脑分析（儿童n=80，成人n=101）将年龄、地点和性别作为无兴趣协变量。在后续步骤中，进一步探索显著脑区的年龄效应。结果以全脑族系错误率（FWE）校正p<0.05呈现。

功能连接性。功能连接性使用CONN工具箱。解剖数据使用SPM统一分割和标准化算法标准化到标准MNI空间，并重采样为1毫米各向同性体素，使用默认IXI-549组织概率图模板。一级fMRI模型（包括感兴趣条件[心理理论]）导入CONN工具箱。数据经去噪处理，包括回归潜在混杂效应：白质时间序列、脑脊液时间序列、SPM协变量回归变量、运动参数及其一阶导数、ART协变量回归变量、session和任务效应及其一阶导数，以及每个功能 run 内的线性趋势。对BOLD时间序列应用0.008 Hz至0.09 Hz的带通频率滤波。

一级推断。估计ROI-to-ROI连接矩阵以表征七个先验ROI每对之间的功能连接。功能连接强度使用加权广义线性模型（加权-GLM）的Fisher转换双变量相关系数量化，为每对ROI计算以评估其BOLD信号时间序列之间的关联。

二级推断。对于儿童和成人组，采用加权-GLM方法。为每个单独连接估计单独的GLM，以一级连接测量为因变量，受试者为自变量，同时控制年龄、性别和地点。使用跨受试者的随机效应和跨多次测量的样本协方差估计的多变量参数统计评估连接水平统计。在单个连接水平进行推断，结果以族系校正p-FDR<0.05为阈值。分别对儿童（n=80）和成人（n=101）进行双尾单样本t检验，测试七个感兴趣区之间的平均功能连接在心理理论期间是否不同于零，控制年龄、性别和地点。儿童年龄效应使用单尾双变量回归分析绘制（基于随年龄增长功能连接更强更广泛的定向假设）。在成人中，进行两个双尾检验以考虑功能连接随年龄可能增加或减少。为校正潜在地点相关方差，使用ComBat对两个数据收集地点（巴塞尔和苏黎世）提取的ROI-to-ROI连接分数进行协调，ComBat应用经验贝叶斯框架建模和去除不想要的地点效应同时保留生物变异性。ComBat协调仅应用于提取的ROI-to-ROI连接分数，而非全脑分析。所有统计分析将"地点"作为无兴趣协变量以保证透明度。

功能连接网络强度。通过向量化ROI-to-ROI矩阵并平均21个Fisher转换相关系数，为每位参与者计算整体心理理论网络连接分数，以反映心理理论网络的强度。

统计学与可重复性

心理理论（行为学）。使用Welch t检验比较儿童（n=79）与成人（n=99）的表现。

年龄效应。 在进行相关分析前，使用Shapiro-Wilk检验检验年龄分布，显示儿童和成人样本均偏离正态分布。除全脑评估外，我们使用非参数Spearman偏相关分析检验年龄与心理理论行为分数（儿童n=79，成人n=99）以及年龄与儿童和成人先验定义ROI的神经和连接测量（儿童n=80，成人n=101）之间的关系，控制性别和地点。进入这些分析的心理理论技能行为测量是20个实验心理理论试次中正确解决试次的原始数量（范围0-20）。正确率百分比值仅在表1中用于描述性目的报告。

儿童与成人中的线性和非线性年龄效应。为检验所有纳入参与者的生命全程进展，基于年龄与心理理论技能（n=179）以及年龄与连接性（n=181）分数显著效应的结果，进一步探索所有参与者的显著关系，并使用多元回归评估线性和二次模型。

调节中介分析。为检验年龄与心理理论能力之间的关系是否由长程连接强度介导，以及这些关联是否在不同年龄组间变化，我们使用PROCESS模型58进行调节中介分析。利用所有参与者的数据，探索年龄（X；预测变量）与心理理论技能（Y；因变量）之间的关系是否由长程连接强度的变化（M；中介变量）介导，以及这些关联是否在三个神经功能组（W；调节变量）间变化：儿童（≤14岁；n=80）、青年成人（20-32岁；n=27）和中年成人（33-61岁；n=74）。这些组的选择既是理论驱动的，也与支持非线性连接组成熟的证据一致，同时与我们连接强度年龄相关变化的曲线估计（约32岁达到峰值；图3A）相符。这些组反映了三个神经功能阶段（增加、峰值/稳定和下降），而非严格的发育或社会学类别。长程连接强度分数通过仅平均那些在儿童中增加但在成人中减少的长程连接的连接强度计算（即LTPJ-DMPFC、PC-VMPC、PC-MMPFC和PC-DMPFC；图2，表5）。性别作为无兴趣协变量纳入所有模型路径。Bootstrap设置为10,000个样本。本分析的原始数据已在补充数据中提供。

表5. 年龄对儿童与成人在心理理论期间ROI-to-ROI连接性的主效应

精读分享

一、研究背景

心智化，即推断他人想法、感受和意图的能力，是人类社会认知的核心技能。这种能力不仅影响我们的日常社交互动，还与长期心理健康密切相关。研究显示，熟练的心智化能力可以减少行为问题和躯体主诉，而能力受损则与抑郁症、边缘型人格障碍、自闭症谱系障碍等多种精神疾病相关。神经影像学近二十年的研究已经识别出支持心智化的核心脑网络，主要包括内侧前额叶皮层、楔前叶和颞顶联合区等关键区域。然而，现有研究存在两个明显局限：一是年龄覆盖不均衡，大多数研究聚焦成年人，对儿童期心智化神经机制了解有限；二是测量范式单一，已有发展研究多采用静息态功能连接，缺乏基于任务的功能连接数据。事实上，心智化能力的发展轨迹具有鲜明的阶段性特征，儿童通常在4到6岁获得外显心智化能力，并在整个童年中期和青春期持续发展，而成年期的心智化能力变化趋势尚存争议，有研究提示中年至晚年可能出现下降。

二、研究目的

本研究旨在填补上述证据空白，系统考察6到14岁儿童与20到61岁成年人在心智化任务中的行为表现特征、脑区激活模式，以及基于任务的功能连接模式。研究提出三个核心假设：第一，两组表现均高于随机水平，儿童表现随年龄提升；第二，核心心智化脑区在两组中均有激活；第三，功能连接随年龄增强，成人表现出更强、更广泛分布的长程连接模式。

三、研究方法

本研究采用大样本跨年龄段设计，纳入80名6到14岁儿童和101名20到61岁成年人，两组均具有平均及以上智商，无临床水平的心理健康问题。实验采用CAToon功能磁共振任务，参与者观看3张连续图片组成的不完整故事，从3个结局中选择最合理的一项，任务包含情感心智化、认知心智化两种实验条件和物理因果性控制条件。影像数据采集使用两台3T核磁共振扫描仪，分别位于巴塞尔和苏黎世两个地点。数据分析采用SPM12进行全脑激活分析，使用CONN工具箱进行感兴趣区之间的功能连接分析，关注7个先验定义的核心心智化脑区。统计分析包括非参数偏相关分析、线性与二次回归模型，以及调节中介分析，后者按神经功能阶段将参与者分为儿童组、青年成人组和中年成人组。

四、研究结论

行为表现方面，成人准确率显著高于儿童，但儿童表现与年龄显著正相关，成人则无显著年龄效应。脑区激活方面，两组激活模式高度重叠，均涉及核心心智化网络，且未观察到激活强度随年龄的显著变化，显示出跨年龄的相对稳定性。功能连接模式是本研究的核心发现，儿童表现出局部连接为主的特征，主要为额叶内部和后部脑区之间的连接，缺乏长程的额叶后部连接，且随年龄增长，长程连接逐渐增强。相比之下，成人展现出更加整合的网络结构，包含显著的额叶后部长程连接，但这种连接强度随年龄增长而下降。整体网络连接强度随年龄呈倒U型曲线变化，约在32岁达到峰值后下降。调节中介分析进一步揭示，长程连接强度在儿童组中显著中介年龄与心智化表现的关系，表明长程连接的出现是儿童期社会认知发展的关键神经机制，而在成年期，心智化能力可能依赖其他代偿机制。

五、研究意义

本研究在理论层面揭示心智化网络从局部模块化向长程整合再向优化精简的动态演变过程，证实长程功能连接是儿童心智化能力发展的关键中介因素，并发现功能连接模式比脑区激活更能敏感区分发育阶段。在临床层面，研究提示儿童期是心智化网络可塑性的关键窗口，针对长程连接的训练干预可能促进社会认知发展，同时成年期连接强度下降但行为表现稳定的现象，为理解老年社会认知衰退提供了重要的基线参考。在方法学层面，本研究采用大样本跨年龄段设计和基于任务的功能连接分析，弥补了以往研究年龄覆盖不足和过度依赖静息态测量的缺陷。

六、研究局限及未来方向

本研究的主要局限包括横断面设计无法确立因果发育关系，年龄覆盖存在缺口缺乏婴儿、青少年晚期及老年数据，任务对年幼儿童仍具挑战性且生态效度有限，以及样本年龄分布非正态和性别分布不均可能降低统计效能。未来研究应采用纵向追踪设计确认网络连接的非线性轨迹，纳入全生命周期样本验证32岁峰值的普遍性，结合结构连接、静息态与任务态数据解析结构功能耦合机制，采用电影观看或互动游戏等自然情境范式考察动态社会认知，探索针对长程连接的神经反馈训练或认知干预方案，并利用动态因果模型或图论分析精确量化网络效率与整合指标。

参考文献

Borbás R, Dimanova P, Saikkonen D, Federici E, Scatolin S, Raschle NM. Evolving brain function and connectivity patterns during mentalizing in children and adults. Commun Biol.Published online January 21, 2026. doi:10.1038/s42003-026-09562-6

解读：万家利

审核：曹修齐