性别与年龄对观影状态下脑功能连接的影响及电影片段分类研究

研究人员针对自然观影状态下脑功能连接(FC)的个体差异机制，通过分析Human Connectome Project数据集，系统探究了性别、年龄和电影片段对FC模式的影响。研究发现女性在视觉网络(VN)、边缘系统(LN)和默认模式网络(DMN)表现出更强的功能连接，而男性在躯体运动网络(SMN)和注意网络具有优势连接；年龄增长与特定网络FC变化相关。采用平均跨会话相关性(ACSC)特征选择和SVM分类器，实现了电影片段的高精度识别(准确率>0.9)。该研究为理解自然刺激下的神经可塑性提供了新证据，对个性化神经影像应用具有重要价值。

　　

在探索人类大脑奥秘的征程中，功能连接(functional connectivity, FC)已成为揭示脑区协同工作机制的关键工具。就像交响乐团中各乐器的和声，大脑不同区域通过动态连接形成复杂的功能网络。然而，这种神经"交响乐"的演奏方式究竟如何受个体特征和外部刺激影响，特别是当我们沉浸在电影世界时，大脑网络会产生怎样的变化？这些问题长期困扰着神经科学家。传统研究多聚焦于静息状态或简单任务范式，但真实生活中大脑处理的是像电影这样复杂的多模态信息，这种认知鸿沟亟待填补。

电子科技大学生命科学与技术学院医学信息中心神经信息教育部重点实验室的Chengxiao Yang团队在《Brain Structure and Function》发表的研究，首次系统揭示了性别、年龄和电影内容三大因素如何共同塑造观影状态下的脑功能连接景观。研究人员创新性地采用自然观影范式，通过对Human Connectome Project中169名受试者(21-35岁)的7T高分辨率fMRI数据进行分析，绘制出动态神经连接的全景图谱。

研究采用多模态技术方法：基于Craddock图谱将大脑划分为200个兴趣区(ROI)，计算Fisher z转换后的功能连接矩阵；运用线性混合效应模型分析性别、年龄和电影片段的主效应及交互作用；开发基于平均跨会话相关性(ACSC)的特征选择算法，结合支持向量机(SVM)构建电影片段分类器；采用留一法和10折交叉验证确保结果稳健性。所有分析均控制头动等混杂因素，并通过0.2-0.3不同稀疏度阈值验证结论可靠性。

【性别效应】研究发现女性在视觉网络(VN)、边缘系统(LN)和默认模式网络(DMN)表现出显著更强的功能连接，这种模式可能反映女性对电影情感内容和自我参照信息更深入的加工。男性则在躯体运动网络(SMN)和注意网络(包括背侧DAN和腹侧VAN)呈现优势连接，暗示其更关注影片中的动作场景和空间信息。这些差异可能源于激素调节(如雌激素增强前额叶-海马连接)和进化形成的认知策略分化。

【年龄效应】即使在有限的年龄范围内(21-35岁)，研究仍检测到显著的FC发展轨迹：视觉和运动网络连接随年龄增强，而边缘系统和DMN连接减弱。这种变化可能反映青年人从情绪驱动到认知控制的信息处理模式转变，为理解早期成人期神经可塑性提供了新证据。

【刺激特异性】电影内容对FC的影响主要集中于视觉网络，证实外部刺激能有效调制神经活动。更重要的是，研究发现电影片段与性别/年龄存在显著交互作用，表明相同电影在不同人群中可能引发差异化的神经响应模式，这一发现对个性化媒体设计具有启示意义。

【神经指纹】研究突破性地证明FC可作为电影片段的"神经指纹"。通过ACSC算法筛选出的1000个最具鉴别力的功能连接(主要是VN-SMN、VN-DAN等跨网络连接)，结合SVM分类器实现了高达93%的片段识别准确率。这种基于自然刺激的解码方法，为发展新型脑机接口开辟了道路。

这项研究的深远意义在于，它首次系统描绘了自然观影状态下脑功能连接的个体差异图谱，建立了从分子激素机制到宏观网络组织的多尺度解释框架。在理论层面，研究证实了FC同时受内在特质(性别/年龄)和外部刺激的双重调控，支持了"大脑是经验依赖可塑性器官"的现代神经科学观点。在应用层面，研究所开发的ACSC-SVM分析流程，为精神病学诊断提供了新的生物标记物开发思路——通过分析患者对标准化电影片段的FC响应模式，可能实现更精准的疾病分型和疗效预测。此外，研究发现的不同人群神经解码策略差异，对发展包容性人工智能算法具有重要参考价值。

正如研究者强调的，这项工作的真正突破在于将实验室控制范式扩展到更接近真实生活的自然情境。当受试者沉浸在电影叙事中时，其大脑活动既保留了稳定的个体特征，又表现出对刺激内容的动态适应——这种平衡或许正是人类认知灵活性的神经基础。未来研究可进一步拓展年龄范围，结合动态FC分析，更完整地揭示神经连接的生命周期发展规律。该研究为理解"真实世界"中的大脑打开了一扇新窗口，在这个窗口中，我们既看到神经活动的普遍规律，也欣赏到个体差异的独特韵律。