

發(fā)布時(shí)間:2022-11-07 16:51:00
2022年11月3日,《Nature Communications》期刊在線發(fā)表題為《多模態(tài)分析論證狨猴腦網(wǎng)絡(luò)功能梯度結(jié)構(gòu)形態(tài)》的研究論文,該研究由中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心(神經(jīng)科學(xué)研究所)梁智鋒研究組和南方醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院馮衍秋研究組合作共同完成。該研究采用多模態(tài)數(shù)據(jù)集,揭示了狨猴腦網(wǎng)絡(luò)梯度的結(jié)構(gòu)連接基礎(chǔ)和覺醒介導(dǎo)的動(dòng)態(tài)性梯度波動(dòng),為我們理解宏觀腦網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性及背后的神經(jīng)機(jī)制提供了幫助。
隨著人腦皮層繪制的研究不斷取得新的進(jìn)展,對(duì)皮層空間排列的研究也越來越受到研究者的重視。利用梯度的概念來量化大腦皮層的三維空間中皮層組織的分布距離,不同組織的皮層結(jié)構(gòu)在一個(gè)梯度方向的連續(xù)變化促成了不同腦區(qū)的特定功能的分離,為我們觀察大腦結(jié)構(gòu)的組織形式提供了新的方向。盡管許多研究表明了腦網(wǎng)絡(luò)梯度的細(xì)胞形態(tài)和分子關(guān)系,但是功能腦網(wǎng)絡(luò)梯度是否存在結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和其動(dòng)態(tài)性至今尚未清晰。
該研究利用清醒狨猴靜息態(tài)功能磁共振數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)狨猴功能腦網(wǎng)絡(luò)梯度具有兩大維度,第一個(gè)維度是從感覺運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)到視覺網(wǎng)絡(luò),第二個(gè)維度是從默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)到初級(jí)感知覺網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合狨猴中的結(jié)構(gòu)連接數(shù)據(jù),進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)以上功能網(wǎng)絡(luò)梯度和結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)梯度之間存在顯著相關(guān)。
研究人員發(fā)現(xiàn)隨著覺醒水平變化,功能腦網(wǎng)絡(luò)梯度具有“倒U形”動(dòng)態(tài)性,也就是功能梯度強(qiáng)度在覺醒狀態(tài)的兩端(困倦和警覺)較弱。利用一般線性模型和簡(jiǎn)化模型,研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)隨著覺醒狀態(tài)的變化,結(jié)構(gòu)連接和神經(jīng)調(diào)制系統(tǒng)具有相反的調(diào)制作用,并揭示了四組調(diào)制類遞質(zhì)受體分別對(duì)于狨猴功能腦網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)調(diào)制效應(yīng)。
圖2 覺醒調(diào)制狨猴腦網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性。大尺度功能腦網(wǎng)絡(luò)梯度受到結(jié)構(gòu)連接的強(qiáng)約束并且被上行神經(jīng)調(diào)制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)制。在“極低(困倦)和極高(警覺)”覺醒狀態(tài),受體亞類1和3介導(dǎo)“感覺運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)v.s.視覺網(wǎng)絡(luò)”動(dòng)態(tài)變化,受體亞類2和3介導(dǎo)“默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)v.s.初級(jí)感知覺網(wǎng)絡(luò)”動(dòng)態(tài)變化。
該研究由博士研究生童傳俊在中科院腦智卓越中心梁智鋒研究員和南方醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院馮衍秋教授的共同指導(dǎo)下完成。腦智卓越中心研究員劉賜融、工程師張凱威、薄斌仕、楊浩和助理實(shí)驗(yàn)師夏盈對(duì)該研究做出了重要貢獻(xiàn)。該研究得到了中科院腦智卓越中心9.4T核磁成像平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物平臺(tái)(實(shí)驗(yàn)狨猴房)的大力支持。本工作得到科技部、中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、上海市、臨港實(shí)驗(yàn)室和廣東省的資助。
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