PNAS重磅：大腦也會放暑假？大規模數據揭示認知能力的季節性波動

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基本信息

Title:Cognition varies across the calendar year in multiple large-scale datasets

發表時間：2025.12.16

發表期刊:PNAS

影響因子：9.1

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研究背景

生物體內的時鐘無處不在。我們熟知晝夜節律如何精妙地調控著睡眠與覺醒，也了解發育過程中的年歲增長如何重塑大腦結構。然而，在更宏觀的“年”的時間尺度上，人類的認知能力是否也會隨著日歷的翻動而發生周期性的波動？

在教育心理學領域，“暑期滑坡”是一個廣為人知的現象 。它指的是學生在經歷漫長的暑假后，其學業表現（如閱讀或數學成績）往往會出現顯著下降。長期以來，學界傾向于將這種現象歸因于“遺忘”，即由于缺乏持續的練習，學生們忘記了在課堂上習得的具體知識點。

但是，這種解釋掩蓋了一個更深層的科學問題：這僅僅是知識的流失，還是大腦底層認知功能（如執行功能、記憶力）本身的季節性衰退？過去的許多研究受限于樣本量小、依賴學業成績而非標準化認知測試，且常常混淆了社會經濟地位的影響，導致這一問題一直未能蓋棺定論。如果兒童的通用認知能力真的存在季節性波動，這將對我們理解大腦的可塑性以及大規模人群研究的數據分析范式產生顛覆性的影響。

本期介紹的這項 2025年12月16日 發表于PNAS的研究，利用了包括ABCD 研究在內的四個大型獨立數據集（總樣本量N = 23,251），首次系統性地量化了不同地理與文化背景下，學齡兒童認知能力的年度周期性變化。

Fig. 1. Cognitive functioning consistently varies by time-of-year.

研究核心總結

這項研究通過廣義加性模型（Generalized Additive Models, GAMs）結合循環三次樣條（cyclic cubic splines），對數據進行了精細的非線性建模，揭示了認知能力隨季節波動的普遍規律及其潛在機制。

Fig. 2. Associations between time-of-year and cognition replicate across datasets of youth with and without ADHD, but not young adults.

核心發現：認知表現的“假期低谷效應”

研究結果顯示，在控制了年齡、性別等變量后，學齡兒童的標準化認知測試成績呈現出顯著的年度周期性波動。

• 美國樣本： 兒童的綜合認知能力、執行功能和學習/記憶能力在夏季月份顯著下降，并在9月左右（即暑假結束時）達到最低點。

• 新加坡樣本： 為了驗證這種波動是源于“氣候季節”還是“學校假期”，研究者分析了位于熱帶且學制不同的新加坡數據。結果發現，新加坡兒童的認知低谷出現在2月（即該國長假結束后）。

這一跨國比較有力地證明了，認知的周期性波動與學校假期的時序高度一致，而非單純由自然季節（如氣溫或日照）驅動，盡管高溫可能是一個潛在的加劇因素。

Fig. 3. Associations between time-of-year and cognition follow the timing of school vacation across countries.

關鍵特征：特定于發育期且獨立于社會經濟地位

• 發育特異性： 這種與假期同步的認知下滑僅在學齡兒童和青少年中被觀察到。在年輕成人樣本中，并未發現類似的規律 。這表明該現象與結構化的學校環境對發育中大腦的腳手架作用（scaffolding）密切相關。

• 社會經濟地位的交互： 研究利用“暴露組學”（Exposome）評分發現，雖然低社會經濟地位背景的兒童更容易在夏季被招募參與研究（這是一個重要的數據偏差），但即便在嚴格控制了多維度的環境暴露因素后，認知能力的季節性波動依然顯著存在。

• 效應量級： 雖然這種季節性波動的效應量相對較小，其影響程度約等于社會經濟地位對認知影響的七分之一，或者相當于約0.2至0.4年的認知發育水平，但它在統計上是穩健且可重復的。

Fig. 4. The timing of minimum performance across cognitive tasks consistently aligns with the timing of school break.

理論與方法論意義

本研究不僅證實了“暑期滑坡”是一種廣泛存在的通用認知功能現象，而非僅僅是學業知識的遺忘；更重要的是，它為大規模人群神經科學研究敲響了警鐘。在進行橫斷或縱向數據分析時，如果忽略“受試者參與實驗的具體日期”這一變量，季節性波動可能會作為混淆因素，導致對發育軌跡或組間差異（尤其是涉及社會經濟地位的比較）的錯誤估計 。研究建議，未來的認知發展研究必須將“一年中的時間”納入統計模型，以剝離這一環境節律對大腦功能的瞬時影響。

Fig. 5. The exposome is associated with the date of study participation but does not fully account for associations between time-of-year and cognitive performance.

Abstract

Children’s cognitive abilities vary across short and long timescales, from circadian fluctuations to year-by-year developmental changes. “Summer slide” refers to seasonal variation in academic performance, characterized by decreased performance following an extended school vacation. However, it remains unclear whether this effect generalizes across varied assessments and the extent of this effect across sociodemographic groups has been debated. Though seasonal variation in cognitive performance is often attributed to “forgetting” of learned material, no large-scale studies have systematically investigated seasonal variation in general cognitive skills (e.g., executive functioning) on standardized laboratory-based assessments in school-age youth compared to adults. Across four datasets with geographic, demographic, mental health, and measurement variation (total n = 23,251), we quantify cyclical, seasonal variation in children’s cognitive performance using generalized additive models with cyclic cubic splines. In school-age children but not young adults, we found consistent cognitive performance minima following school vacation (July–September in the United States; November–January in Singapore) across nearly all cognitive domains investigated. These results demonstrate a generalizable small-magnitude effect of lower cognitive performance aligning with school vacation even after adjusting for socioeconomic status or ADHD diagnosis. We contextualize summer cognitive minima relative to environmental and developmental effects, noting that the largest effect size is still seven times smaller than effects of the socioeconomic environment on cognition, and provide recommendations for future data collection and analysis of behavior across the calendar year.

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分享人：飯哥

審核：PsyBrain 腦心前沿編輯部