从校园氛围到脑发育:ABCD研究揭示青少年教育环境的神经科学机制

时间:2026年5月26日
来源:Developmental Cognitive Neuroscience

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儿童与青少年大部分时间在学校度过,教育环境是神经发育与社会情绪健康的核心背景。然而,教育构念在发展认知神经科学研究中常被忽视。青少年脑认知发育(Adolescent Brain Cognitive DevelopmentSM,ABCD)研

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儿童与青少年大部分时间在学校度过,教育环境是神经发育与社会情绪健康的核心背景。然而,教育构念在发展认知神经科学研究中常被忽视。青少年脑认知发育(Adolescent Brain Cognitive DevelopmentSM,ABCD)研究提供了一个前所未有的机会,可在具有丰富神经影像与社会环境数据的大型多样化纵向队列中考察学校教育的作用。本叙述性综述综合了通过全面检索ABCD文献库识别的教育相关ABCD出版物。在109项研究(约占ABCD研究出版物的7%)中,教育环境显现为通过相互关联路径塑造发育的多层次系统。支持性学校环境通常与更有利的神经发育、情绪与行为功能以及日常健康相关行为呈中等程度关联,并常常缓冲既往儿童逆境的影响。相比之下,不良学校经历——包括纪律处分、不公平对待和学校封锁——构成有意义的压力来源,导致心理健康问题、较早的物质使用启动以及身体健康风险,尤其当与其他环境中的压力同时发生时。在若干案例中,这些关系呈双向性,提示青少年行为与学校经历可能随时间相互强化。总体而言,ABCD研究结果表明,学校环境并非背景情境或社会经济条件的简单替代指标,而是既可加剧风险又能促进恢复力的独特且可改变的因素。未来研究利用纵向、多层次和外部关联情境数据将至关重要,以识别何时以及如何针对教育环境进行干预以改善青少年结局。
## 一、研究背景与问题提出

学校是儿童与青少年神经可塑性的关键发展情境。然而,教育构念在发展认知神经科学研究中长期代表不足,研究者呼吁将学校情境与家庭、社区及其他生态情境一并纳入典型或非典型发育轨迹的考察框架。为理解学校环境如何塑造青少年发育,本综述依托两大互补理论框架:教育神经科学(educational neuroscience)强调学习情境通过经验依赖性神经可塑性(experience-dependent neuroplasticity)塑造脑发育;生物生态学理论(Bioecological Model of Human Development)则将学校环境置于更大的社会与环境系统中,关注其如何通过多层次动态过程与其他情境交互影响发育轨迹。

现有研究面临的核心问题在于:学校环境究竟是社会经济地位(socioeconomic status,SES)的代理指标,还是具有独立效应的独特发展情境?学校经历与神经发育、行为健康之间是否存在双向关系?这些问题的解答需要大规模、纵向、多方法的数据支持,而ABCD研究正提供了这样的平台。

## 二、研究方法概述

ABCD研究于2016年启动,招募了近12,000名9-10岁美国儿童,进行纵向追踪至成年早期。研究通过公共学校、公立特许学校和私立学校招募,以近似全国人口学分布。参与者接受全面的身心健康、物质使用、家庭、社区和学校环境、神经认知、生物样本以及结构和功能神经影像学评估。

本综述为叙述性综述,检索截至2025年9月7日ABCD官方文献库中的同行评审手稿,使用涵盖学校与教育的广泛检索词,经四位评审员筛选,最终纳入109项研究(56项纵向,53项横断面)。研究采用多信息提供者(青少年、照护者、教师)和多方法数据,并关联外部数据库(如国家教育统计中心NCES、斯坦福教育数据档案SEDA、儿童机会指数COI 2.0等)以刻画教育环境的多层次特征。

## 三、研究结果

### 3.1 支持性学校环境与青少年发育

**3.1.1 教育环境对脑发育具有独特贡献,并非SES的简单代理**

ABCD研究表明,积极的学校氛围——包括更高的教师支持度和学生参与度——与更大的皮层髓鞘化、更高的扣带-岛盖网络(cingulo-opercular network)内连接性、扣带-岛盖网络与默认模式网络(default-mode network,DMN)间连接性降低,以及后默认模式网络、视觉网络和控制网络中偏离群体规范模式的更大个体差异相关(Hong et al., 2021; *Petrican et al., 2024; Rakesh, Zalesky et al., 2023)。重要的是,这些发现独立于其他个体、家庭和邻里特征。纵向分析进一步显示,居住在教育资源更优区域(如优质早期教育、高阶课程 enrollment、成人教育水平)与更高的认知表现(语言、记忆、抑制控制)以及更大的全脑灰质体积和总皮层表面积相关,即使调整家庭收入和其他邻里经济特征后依然成立(*Zhou et al., 2025)。然而,*Bates et al. (2025) 的纵向分析发现,积极的学校体验与皮层厚度呈正相关共变,但学校体验并不能预测随后的全脑皮层厚度变化,提示协调发育而非单向因果。

**3.1.2 教育因素有助于解释脑网络与认知表现关联的SES差异**

学校特征可解释为何脑网络与认知表现的关联在不同SES情境下存在差异。积极学校环境削弱了邻里劣势与扣带-岛盖网络、额顶网络(frontoparietal network)静息态功能连接降低之间的关联(Rakesh et al., 2021)。Ellwood-Lowe等(2021)发现,外侧额顶网络-默认模式网络(LFPN-DMN)耦合减弱与贫困线以上青少年的更好非言语认知表现相关,而贫困线以下青少年则呈现相反模式,且该效应依赖于就读公立学校而非特许或私立学校。Hackman等(2022)则发现更复杂的交互模式:更积极的学校氛围与较低收入青少年的更小皮层表面积相关,但与较高收入青少年无显著关联,提示不同SES情境下神经发育时序差异。

**3.1.3 阅读与脑发育相互影响,早期生物学因素塑造这些关系**

横断面研究一致发现,阅读表现与全脑灰质体积更大、外侧颞叶、下顶叶和额下回皮层面积更大相关(Langensee et al., 2023; Rauschecker et al., 2025)。纵向证据初步支持双向关联:*Li, Zhao等(2024)发现,阅读时间与两年后22个脑区更大体积正相关,包括双侧前额叶、颞叶、岛叶区域和左侧尾状核;反之,若干脑区(岛叶环状沟、右侧颞中回、右侧颞下沟、左侧壳核和右侧丘脑)与随后两年的阅读时间正相关。*Sun等(2024)的中介分析表明,总脑体积和颅内体积中介了早期娱乐阅读与晶体认知(crystallized cognition,即词汇和阅读表现)之间的关联。此外,较低孕龄、母亲妊娠期高血压障碍、运动里程碑达成较晚等早期生物学因素,通过影响脑发育进而塑造阅读能力发展轨迹(*Ma et al., 2021; Ahmed et al., 2024; Zhuo et al., 2022)。

**3.1.4 支持性教育情境在多层面缓冲心理健康症状的出现并塑造对逆境的反应**

支持性学校环境降低内化、外化、注意缺陷症状、冷酷-无情特质、自杀意念、类精神病性体验的可能性,并改善情绪调节(*Brieant & Simmons, 2025; *Logan & Lewis-de los Angeles, 2025; *Park et al., 2024等)。更重要的是,支持性学校情境适度削弱了既往不良童年经历与后续内化、外化问题之间的关联。*Logan和Lewis-de los Angeles(2025)发现,拥有关怀的教师和喜爱学校缓冲了既往不利经历对焦虑、抑郁、违规行为、攻击性、社交问题和躯体化症状的影响。超越近端学校体验,邻里教育条件、学校种族密度等更广泛的教育特征也贡献于青少年心理健康(Urbina-Johanson et al., 2025; Harris et al., 2025)。

### 3.2 不良学校经历与发育风险路径

**3.2.1 不良学校经历通过累积性、双向过程增加心理健康风险**

学校压力源与更高水平的内化和外化问题一致相关(*Brislin et al., 2025; *Conley et al., 2024等)。学校封锁经历与焦虑和压力随时间增加相关,尤其在基线压力较高或注意缺陷多动障碍(attention-deficit/hyperactivity disorder,ADHD)青少年中(*Hullenaar et al., 2025)。感知到的不公平对待与跨报告者的内化、外化症状升高相关(*Yan et al., 2025)。尤为关键的是,外化行为与学校纪律处分存在双向强化循环:外化行为增加纪律风险,而纪律处分又加剧后续行为问题,尤其在黑人青少年中(*Brislin, Choi等, 2024)。学校纪律和感知不公平对待系统性关联种族、邻里机会等结构条件,无法由个体行为解释(Fadus et al., 2021; Nagata et al., 2021; *Thompson et al., 2025)。学校脱离中介了不良童年经历与心理健康恶化之间的关联(*Niu et al., 2025),而低教育机会社区中青少年的外化行为主要由共享环境而非遗传影响驱动(*Dash et al., 2024)。

**3.2.2 不良学校经历加速而非加剧早期物质使用启动**

学校情境与物质使用启动的时机而非启动后的升级更相关。不支持性学校环境与更有利的酒精信念以及随时间更早的实验性使用相关,但不预测向更高级使用的升级(*Choi et al., 2025)。有学校纪律史的青少年更可能在青春早期启动物质使用,该效应强度超过大多数其他情境因素(*Green et al., 2024)。教师感知到的不公平对待与后续物质使用几率大幅升高相关,基于自我报告和毛发毒理学检测(Jelsma et al., 2025)。

**3.2.3 不良学校经历与其他健康风险相关,进而关联更差的学业功能**

感知到的不公平对待与暴食行为和暴食障碍风险增加相关(Raney et al., 2023)。较低邻里教育资源是青少年体重指数(body mass index,BMI)的最强预测因素之一,而较高BMI又与较差的阅读技能和学业成绩相关(Li, Thomas等, 2024)。头部损伤或创伤性脑损伤史与更差的学业表现、更多纪律参与和接受特殊教育服务相关(Waltzman et al., 2024)。

**3.2.4 远程学习与低学校参与度和不良心理健康相关,但这些效应不均匀且受家庭条件强烈塑造**

新冠疫情期间,远程学习与较低的学业享受度和核心科目时间减少相关(*Guillaume et al., 2022)。家庭情境关键性地塑造了这些体验:更高父母参与关联更积极的学校态度,而疫情前家庭困难和冲突预测更大的作业完成困难(*Guillaume et al., 2022; *Gonzalez et al., 2023)。对学业的担忧与疫情早期抑郁症状相关(*Kiss et al., 2022),而返校与较高疫情前不良童年经历的青少年更好的心理健康相关(*Raney et al., 2024)。ADHD青少年比匹配同伴经历更多远程学习困难(*Rosenthal et al., 2022)。

### 3.3 行为健康与后续教育结局

**3.3.1 脑发育在学业表现中发挥重要作用,关联因SES情境而异**

额顶网络与纹状体间更强的内在功能连接、扣带-岛盖网络与右侧海马间增加的功能连接与随时间更好的学业表现相关(*Yang et al., 2023; *Yang, Zhou et al., 2025)。更大全脑皮层表面积和皮层下体积统计中介了更多绿地暴露与更好学业表现之间的关联(*Li et al., 2025)。感觉运动网络内连接性增加中介了较低父母教育水平与较低学业成绩之间的关联(*Rakesh et al., 2025)。然而,这些关联因家庭SES情境而异:较高LFPN-DMN连接预测贫困线以下青少年更好成绩,但贫困线以上呈现相反模式(*Ellwood-Lowe et al., 2022)。既往童年逆境暴露青少年减少的皮层-皮层下连接缓冲了情绪困扰,但关联更差学业表现(*Elton et al., 2025),提示相同神经发育模式可能支持不同领域的结果。

**3.3.2 可改变的学校结构(如开始时间和日常安排)塑造睡眠,进而影响学业结局**

11-12岁青少年学校夜晚比周末少约45分钟睡眠(*Wang et al., 2025)。学校强制的作息安排贡献于昼夜节律失调(circadian misalignment,即学校日与周末睡眠时间的差异),这与较低阅读成绩、更差学业成绩和情绪功能随时间变化相关(Li, Thomas等, 2024; *Wallace, Aguinaldo等, 2025; *Yang et al., 2023)。较晚的就寝时间比睡眠时长与更差学业表现的关联更强(*Zhang et al., 2025)。较晚的学校开始时间与较长工作日睡眠中度相关,但主要在白人青少年中(Yip et al., 2025)。

**3.3.3 屏幕使用可能反映更广泛的脱离和情境劣势模式,而非学业结局的主要驱动因素**

纵向证据表明,技术使用可能既反映又共现于负面学校经历:感知到更多教师不公平对待的青少年更可能遵循更高的屏幕使用轨迹(*Shao et al., 2023),问题性手机使用预测随访时较低的学校参与度(*Xu et al., 2025)。然而,尽管屏幕使用与学业和行为结局相关,小效应量和与SES及情境因素的强关联表明,屏幕使用代表次级路径而非学校脱离和其他学业结局的主要发育驱动因素(*Li, Zhao等, 2023)。

### 3.4 方法与发育考虑

**3.4.1 多信息提供者和多方法设计提供捕捉青少年不同维度的独特机会**

青少年-照护者在校园受害上的一致性有限(Tang et al., 2025),凸显了依赖单一信息提供者的局限。同伴支持仅缓冲同伴受害对教师报告(而非青少年或照护者报告)外化症状的影响(Schiff & Lee, 2023)。纳入教师报告改善ADHD识别(Cordova et al., 2022; *Weigard et al., 2023),且多特质-多方法分析表明纳入教师报告减少了症状间共享方差,削弱了对一般精神病理学因素(p factor)的支持(Watts et al., 2022)。自我调控并非由单一一般因素良好表征,而是反映具有不同功能相关性的多个成分(热、冷和执行功能),仅认知控制相关维度(冷和执行功能)预测随时间更好的学业表现(*Marek et al., 2025)。

**3.4.2 评估时机相对于学校情境可能影响观察到的神经发育模式**

Hu等(2023)发现,功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)扫描时机相对于学校日程(学校日vs周末、学年内vs暑假、一天中不同时段)与功能连接差异相关。学年内扫描的参与者表现出更低的整体网络组织度(聚类系数、鲁棒性和稳定性)以及感觉运动、注意和颞顶网络间连接性降低,作者假设这可能部分反映了学年较短睡眠时长的影响。

## 四、讨论与结论

ABCD研究结果表明,学校环境并非社会经济条件的简单代理指标,而是具有独立效应的独特发展情境。教育环境作为保护性和风险因素的双重角色尤为突出:支持性环境可适度缓冲逆境影响,而不良经历则通过累积性压力过程加剧发育风险。这些关联往往通过共享路径发挥作用,涉及压力、行为和日常作息,且在某些情况下呈双向关系,提示青少年行为与学校体验可能随时间相互强化。

研究的方法学优势在于大规模样本、纵向设计和多层次数据整合,使得在观测框架内通过协变量调整、敏感性分析和家庭内比较等策略增强推论可信度。然而,作为观察性研究,因果推断仍受限;教育构念的多样化操作化也限制了跨研究效应量的直接比较。

未来研究方向包括:充分利用已关联的外部数据集(如SEDA)和纵向学校信息以更好捕捉教育机会;考察学校流动性对发育轨迹的影响;关注评估时机相对于学术日历的效应;以及超越传统学位指标,捕捉职业教育、行业认证和非正规学习等多样化后义务教育路径。随着ABCD参与者进入成年期,研究将能评估这些轨迹如何随时间分化、稳定或转变,为理解教育路径如何展开以及学习、培训和劳动力准备如何塑造向成年期过渡的发育提供关键洞察。

研究结论指出:"学校是儿童与青少年最具影响力的发展情境之一,以随时间累积的方式塑造学习、行为和脑发育。本综述的ABCD研究结果表明,在考虑家庭社会经济特征后,学校相关因素仍始终与神经发育、学业和行为结局相关联。迄今 findings 也突出了 substantial 异质性。ABCD研究参与者的教育环境、机会和支持各不相同,且这些差异可能随青少年进展而更加 pronounced。随着ABCD研究参与者面临新的学术选择和学习环境, upcoming 波次将允许研究者评估这些轨迹如何分化、稳定或随时间转变。关联数据、地理空间数据和多信息提供者数据的持续整合对于理解变化的学校经历如何与后期功能结局相关联至关重要。这些共同努力使ABCD研究能够推进我们对教育路径如何展开以及学习、培训和劳动力准备如何塑造向成年期过渡的发育的理解。"

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