流动的大脑--我们的大脑网络结构并不固定

【字体: 时间:2019年07月10日 来源:生物通

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  乔治亚州立大学的一项研究表明,大脑网络的形状和连通性随着时间推移以基本的和重复出现的方式改变。

  


乔治亚州立大学的一项研究表明,大脑网络的形状和连通性随着时间推移以基本的和重复出现的方式改变。

神经元之间的相互作用被称为“功能性连接”,随之生成大脑网络,长期以来研究人员一直假设这些网络在空间上是静态的,每个网络都包含一组固定的大脑区域。但乔治亚州立大学的研究人员在《Human Brain Mapping》上的新研究显示,大脑网络在空间和功能上是流动的。

研究人员收集功能性磁共振成像(fMRI)大脑成像数据,在几分钟的时间内以颗粒级创建网络活动快照,并观察到网络的功能、大小和位置的快速变化。

“假设每一个大脑区域都以同样的方式与大脑的其他部分相互作用,这是过于简单化的,”神经成像和数据科学转化研究中心(TReNDS)的研究科学家Armin Iraji说,他也是这项研究的主要作者。这项研究的共同作者包括心理学教授、TReNDS主任Vince Calhoun和心理学副教授Jessica Turner。

研究人员发现,一个给定的大脑网络的空间特性是随时间而不断发生改变的,它与其他大脑网络的关系也随之改变。

“你可以把大脑想象成一个组织,员工们一起工作,使整个系统运转,”Iraji说。“很长一段时间以来,我们认为大脑网络就像部门或办公室,同样的人每天都在做同样的工作。但事实证明,他们更像是办公空间,人们在里面进进出出,在任何给定的时间内都有不同的工作在执行。”

Iraji补充说,忽视这些空间和功能的变化,就会让我们对大脑的理解产生误差和片面曲解。

他说:“假设我们在不同的时间测量两个区域之间的功能连通性,我们就会看到一些变化。一种观点是,与特定任务相关联的连接性强度随时间而变化。但如果那个地区在不同的时间负责不同的任务呢?话句话说,两个办公室在不同的时间换了几拨不同的人,这就是为什么我们会看到(神经元)沟通的差异。”

研究人员的研究结果建立在由Calhoun在2014年首次提出的时间连接组学(chronnectome)的概念之上,指的是功能连接模式随时间而变化的一种大脑模型。在这项研究中,他进一步诠释了“空间”时间连接组学。注:连接组学(connectomes)是刻画有机体神经系统连接方式的完整线路图。

Vince Calhoun

科学家们还研究了精神分裂症患者和健康受试者之间的大脑网络是否存在差异。虽然他们看到了两组之间的明显差异,但他们指出,这些差异并不会持续存在,因此捕获瞬时变化很重要。

“大多数以前的研究都着眼于网络随时间推移的平均活动,”Iraji说。“但是,当你观察平均值时,难免会消除所有微小的波动,这些波动可能是健康个体和大脑疾病个体之间的区别所在。”

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原文检索:The spatial chronnectome reveals a dynamic interplay between functional segregation and integration

(生物通:伍松)

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