青春期期间，负责驱动情绪的脑区与负责控制冲动的脑区在发育上不同步，一方面令青少年更爱冒险，另一方面也让他们对环境有很强的适应性。青少年的大脑常被评价为“一团乱麻”，是生物在进化过程中出现的一个偶然“错误”。青少年的行为具有冒险性、攻击性，有时还很莫名其妙，科学家一度认为这是人类大脑存在缺陷所致。
但近10年来，一些突破性的研究提出了不同观点，认为这些行为并不是由大脑缺陷所致，也不是因为大脑尚未成熟，而是进化使然——青少年大脑同儿童或成人的大脑在功能上有所不同。青少年大脑的最显著特征，是通过调整脑区间的网络连接来适应环境变化的能力。这种特殊的可变性（或称可塑性），是一把双刃剑，既有利于青少年在认知思维和适应社会化方面取得巨大进步，但同时也容易催生危险行为和严重精神疾病。
最近的研究表明，高风险行为源于大脑边缘系统（limbic system）与前额叶皮层（prefrontal cortex）神经网络发育上的不匹配，前者驱动情绪产生，在青春期期间快速发育，而后者发育相对较晚，主要负责提供合理判断和冲动控制。现在已经确知，前额叶皮层到20岁左右才能完全发育成熟，而如今青春期却在不断提前，所以这种不匹配的时间跨度正在延长。
脑区之间神经网络连接的可塑性，而非之前所认为的脑区本身成熟与否，才是最终决定青少年是否成人的关键。理解这一点，并意识到如今年轻人的情感脑区与控制脑区在发育上不匹配状况还在加剧，对家长、教师、辅导员以及年轻人本身，都很有帮助。这也利于帮助大众更正确地看待诸如冒险、寻求刺激、远离父母寻求同伴等行为，这些并不完全是认知和情感障碍，而是大脑发育的自然结果，是青少年正在学习如何与一个复杂世界相处的天然行为。
上述认知也可以帮助成年人决定干预时机。15岁的女儿突然脱离父母的穿衣品味、音乐喜好或政治立场，爸妈可以诧异，但这并不代表她有精神疾病。16岁的儿子喜欢不带头盔玩滑板或接受朋友的冒险挑战，虽然这都不是小事，但很可能是出于考虑不周或是同伴压力，而不是想伤害自己。而其他一些探索和攻击性行动，则可能是疾病征兆。
深入了解青少年大脑的独特性，将有助于区分这些不寻常举动，究竟是适龄行为，还是疾病前兆，也将帮助社会降低青少年成瘾、性传播疾病、机动车事故、意外怀孕、杀人、抑郁以及自杀等行为的比率。要说16岁孩子的大脑和8岁的孩子不同，大概没有家长会有异议，但科学家还是很难给这种区别下一个很科学的定义。
大脑浸在保护性的脑脊液中，包裹在坚韧的硬脑膜下，完全封闭在头骨之内，隔绝了撞击的伤害和掠食者的攻击，也把科学家的好奇心挡在了“门外”。成像技术如CT（computerized tomography）和正电子发射断层扫描（positron-emission tomography，PET）虽有进展，但由于这些技术有电离辐射，不适用于对青少年的详尽研究。
磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）的出现，终于提供了一种安全和准确的方法，来揭示全年龄段人群大脑的解剖和生理特性。有项目正在对数千双胞胎和个人进行终生跟踪研究，目前出现的一致结论是，青少年大脑的成熟不在于脑区变大，而在于不同区域联系越来越紧密，以及脑区功能的特化。在磁共振成像扫描中，白质体积的增加代表着脑区间联系的增强。
白质的“白”，来自于一种称为髓鞘质（myelin）的脂质，神经元胞体伸出的长长轴突由于髓鞘的包裹而与外界隔离。脂质髓鞘的形成贯穿整个大脑发育期，作用是大大加快神经元间信息的传导速度。有髓鞘轴突的神经信号传导速度，可百倍于无髓鞘轴突。轴突髓鞘化可以加速大脑信息处理的另一个原因是，髓鞘可以帮助轴突在放电后迅速复原待用。恢复期变短，可以使特定神经元信息传递速度提高30倍。
传输加快加上恢复期短，两者结合的结果最终可使成人期的脑数据带宽较婴儿期提高3000倍，从而可以在脑区间建立起广泛而精密的网络。最近的研究又发现了髓鞘的另一个微妙作用。神经元接收其他神经元传来的信号，但只有当输入的信号超过一定阈值，才会放电将信息传递出去。而一旦神经元放电，就会启动一系列分子反应，加强该神经元与输入神经元之间的突触连接。这种突触加强是大脑学习的基础机制。
科学家现在发现，要让远处和近处神经元的信号同时到达，必须精确控制信息传递时间，而髓鞘在其中起到重要作用。儿童进入青春期以后，髓鞘的快速扩张，能加速参与协调处于不同认知任务中的各个脑区。现在科学家已经可以用图论（graph theory）来测量上述脑区连接之间的变化，这种数学方法可以量化网络中“节点”和“边”之间的关系。
节点可以是任意物体或可测实体，比如神经元，或脑结构（如海马体），或是更大一点的区域（比如前额叶皮层）。边是节点之间的任何联系，可以是物理连接，比如神经元之间的突触，也可以是在统计学上相关，比如在同一个认知任务中，两个脑区活动模式相似。我和其他一些科学家用图论技术，测量不同脑区是如何发育并相互连接起来，并进而与行为及认知的变化产生联系的。
大脑变化并不仅仅发生在青春期，大多数神经回路在子宫中已形成，很多还会终生改变。然而，在青春期这个特殊时期，负责判断、交际和长期计划的脑区之间的连接显著增加，而这几种能力会对人的一生产生深远的影响。