脑桥功能连接梯度：揭示人脑皮质-脑桥-小脑通路的层级整合机制

《The Cerebellum》：Pontine Functional Connectivity Gradients

本研究针对人脑脑桥功能组织机制不清的问题，通过扩散映射嵌入技术分析1003名HCP被试的静息态fMRI数据，首次构建了脑桥功能连接梯度图谱。结果发现脑桥存在以吻-尾轴和内侧-外侧轴为主的功能梯度，其中吻侧/内侧脑桥偏好连接高级认知脑区（如默认模式网络），尾侧/外侧脑桥连接感觉运动区，该组织模式与大脑皮质及小脑的“单模态-跨模态”梯度高度对应。研究证实脑桥并非简单中继站，而是皮质-小脑通路中的动态整合枢纽，为理解小脑多功能调控机制提供了新视角。

　　

小脑作为大脑的“精密协作者”，通过错综复杂的神经环路参与运动、认知乃至情感调节。然而，连接大脑皮质与小脑的关键中继站——脑桥，其功能组织机制在人类中始终成谜。传统观点将脑桥视为被动的信息传递站，但动物研究提示，脑桥可能通过独特的空间整合模式，对输入信息进行重组后再传递至小脑。这种假设能否在人类大脑中得到证实？如何刻画脑桥的精细功能图谱？这成为理解小脑多功能贡献的核心挑战。

为解决上述问题，Paul-Noel Rousseau团队在《The Cerebellum》发表研究，利用人类连接组计划（HCP）中1003名被试的高精度静息态功能磁共振成像（fMRI）数据，首次绘制了人脑桥的功能连接梯度图谱。研究通过扩散映射嵌入（一种非线性降维技术）分析脑桥与大脑皮质、小脑皮质的连接模式，并采用梯度投影和残差分析验证其与已知脑区功能架构的对应关系。

研究方法的关键技术

研究基于HCP发布的密集连接组数据集，提取脑桥、大脑皮质及小脑皮质的灰度坐标点，构建三方功能连接矩阵。采用扩散映射嵌入技术从连接矩阵中提取主导性功能梯度，通过梯度投影将脑桥梯度映射至大脑及小脑皮质表面，并计算其与经典单模态-跨模态梯度的残差，以识别组织模式的异同。

脑桥功能梯度呈现吻尾与内外侧双轴组织

研究发现，脑桥的一级功能梯度解释了超过70%的连接变异，其空间分布呈现明确的吻-尾轴与内侧-外侧轴分化。

吻侧及内侧脑桥与高级认知脑区（如默认模式网络）连接更强，而尾侧与外侧脑桥主要对接感觉运动网络。梯度在吻侧三分之一处存在剧烈转折，尾侧脑桥则表现为均匀的功能连接模式，提示感觉运动信息在脑桥中的处理更具集中性。

脑桥梯度映射揭示皮质-小脑功能层级对应性

当将脑桥梯度投影至大脑皮质时，其模式与Margulies等人报道的“单模态-跨模态”梯度高度吻合：吻侧/内侧脑桥对应前额叶、顶叶等跨模态关联区，尾侧/外侧脑桥对应初级运动皮层、视觉次级皮层等单模态区。

小脑投影同样呈现类似层级，吻侧/内侧脑桥连接小脑Crus I-II（非运动区），尾侧/外侧脑桥连接小叶I-VI（运动区），印证了脑桥在皮质-小脑环路中的拓扑保持特性。

残差分析提示脑桥特有的整合功能

通过比较本研究梯度与经典大脑/小脑梯度，残差分析发现显著差异：视觉皮层在本研究中更靠近梯度中段（而非单模态端），而语言相关脑区（如额下回）向单模态端偏移。

这种偏离暗示脑桥可能通过输入信号的空间交错（如视觉与运动信息在脑桥中的邻近性），实现跨功能域的信息整合，支持Schwarz与Thier提出的“脑桥动态过滤”假说。

结论与意义

本研究首次在活体人脑中证实脑桥功能组织的梯度特性，其空间架构不仅继承皮质拓扑，更通过输入重组发挥整合作用。脑桥可能通过将不同认知域信息（如语言与感觉运动信号）在特定区域汇聚，支持小脑依赖情境需求的功能调控。这一发现突破了对脑桥作为简单中继站的传统认知，为阐释小脑在复杂行为中的协调机制提供新模型。未来需结合高场强fMRI与个体水平分析，进一步揭示脑桥梯度的可塑性及其在疾病中的变异规律。