PNAS重磅：大脑也会放暑假？大规模数据揭示认知能力的季节性波动|cognition|cognitive|pnas|seasonal|variation|季节性|放暑假

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基本信息

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

发表时间：2025.12.16

发表期刊:PNAS

影响因子：9.1

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研究背景

生物体内的时钟无处不在。我们熟知昼夜节律如何精妙地调控着睡眠与觉醒，也了解发育过程中的年岁增长如何重塑大脑结构。然而，在更宏观的“年”的时间尺度上，人类的认知能力是否也会随着日历的翻动而发生周期性的波动？

在教育心理学领域，“暑期滑坡”是一个广为人知的现象。它指的是学生在经历漫长的暑假后，其学业表现（如阅读或数学成绩）往往会出现显著下降。长期以来，学界倾向于将这种现象归因于“遗忘”，即由于缺乏持续的练习，学生们忘记了在课堂上习得的具体知识点。

但是，这种解释掩盖了一个更深层的科学问题：这仅仅是知识的流失，还是大脑底层认知功能（如执行功能、记忆力）本身的季节性衰退？过去的许多研究受限于样本量小、依赖学业成绩而非标准化认知测试，且常常混淆了社会经济地位的影响，导致这一问题一直未能盖棺定论。如果儿童的通用认知能力真的存在季节性波动，这将对我们理解大脑的可塑性以及大规模人群研究的数据分析范式产生颠覆性的影响。

本期介绍的这项 2025年12月16日发表于PNAS的研究，利用了包括ABCD 研究在内的四个大型独立数据集（总样本量N = 23,251），首次系统性地量化了不同地理与文化背景下，学龄儿童认知能力的年度周期性变化。

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

研究核心总结

这项研究通过广义加性模型（Generalized Additive Models, GAMs）结合循环三次样条（cyclic cubic splines），对数据进行了精细的非线性建模，揭示了认知能力随季节波动的普遍规律及其潜在机制。

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

核心发现：认知表现的“假期低谷效应”

研究结果显示，在控制了年龄、性别等变量后，学龄儿童的标准化认知测试成绩呈现出显著的年度周期性波动。

美国样本：儿童的综合认知能力、执行功能和学习/记忆能力在夏季月份显著下降，并在9月左右（即暑假结束时）达到最低点。
新加坡样本：为了验证这种波动是源于“气候季节”还是“学校假期”，研究者分析了位于热带且学制不同的新加坡数据。结果发现，新加坡儿童的认知低谷出现在2月（即该国长假结束后）。

这一跨国比较有力地证明了，认知的周期性波动与学校假期的时序高度一致，而非单纯由自然季节（如气温或日照）驱动，尽管高温可能是一个潜在的加剧因素。

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

关键特征：特定于发育期且独立于社会经济地位

发育特异性：这种与假期同步的认知下滑仅在学龄儿童和青少年中被观察到。在年轻成人样本中，并未发现类似的规律。这表明该现象与结构化的学校环境对发育中大脑的脚手架作用（scaffolding）密切相关。
社会经济地位的交互：研究利用“暴露组学”（Exposome）评分发现，虽然低社会经济地位背景的儿童更容易在夏季被招募参与研究（这是一个重要的数据偏差），但即便在严格控制了多维度的环境暴露因素后，认知能力的季节性波动依然显著存在。
效应量级：虽然这种季节性波动的效应量相对较小，其影响程度约等于社会经济地位对认知影响的七分之一，或者相当于约0.2至0.4年的认知发育水平，但它在统计上是稳健且可重复的。

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

理论与方法论意义

本研究不仅证实了“暑期滑坡”是一种广泛存在的通用认知功能现象，而非仅仅是学业知识的遗忘；更重要的是，它为大规模人群神经科学研究敲响了警钟。在进行横断或纵向数据分析时，如果忽略“受试者参与实验的具体日期”这一变量，季节性波动可能会作为混淆因素，导致对发育轨迹或组间差异（尤其是涉及社会经济地位的比较）的错误估计。研究建议，未来的认知发展研究必须将“一年中的时间”纳入统计模型，以剥离这一环境节律对大脑功能的瞬时影响。

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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