急性睡眠剥夺下脑功能网络的动态重构：空间工作记忆损伤的神经机制解析

本研究针对急性睡眠剥夺(ASD)导致空间工作记忆(SWM)损伤的神经机制不明问题，采用动态功能网络连接(dFNC)和图论分析方法，发现ASD会引发脑网络状态异常转换及拓扑结构时变特性改变，其中凸显网络(SN)节点聚类系数的变异系数(CV)与SWM任务错误率显著相关，为疲劳监测提供了动态神经标记。

　　

在现代社会快节奏生活中，通宵加班、跨时区旅行等行为导致的急性睡眠剥夺(ASD)已成为普遍现象。大量研究表明，ASD会显著损害空间工作记忆(SWM)等核心认知功能，增加事故风险和心理健康问题。然而，传统静息态功能连接(rs-FC)分析方法无法捕捉脑网络的动态变化特征，且现有关于ASD神经机制的研究存在样本量小、参数设置不一致等问题，导致结论难以横向比较。更关键的是，ASD如何通过改变脑网络拓扑结构的时变特性来影响认知功能，这一机制尚未阐明。

针对这些科学问题，兰州大学第二医院"萃英科技创新计划"支持的研究团队在《Sleep Medicine》发表最新成果。研究人员采用多模态神经影像技术，对50名健康成年男性进行ASD前后对比研究，通过动态功能网络连接(dFNC)分析和图论方法，系统揭示了ASD对脑网络动态重构的影响及其与SWM损伤的关联机制。

研究主要采用三项关键技术：1)基于滑动窗口的dFNC分析，识别功能连接状态及其时间特征；2)图论指标计算，量化全局和节点水平的变异系数(CV)；3)1-back SWM任务的行为学评估。所有受试者均在静息清醒(RW)状态和24小时ASD后接受功能磁共振扫描和认知测试。

【结果】

1. 状态识别：研究发现大脑存在三种dFNC状态。其中状态1表现为感觉运动网络(SMN)、听觉网络(AUN)和视觉网络(VIS)间的高度整合，ASD后受试者在该状态的驻留时间显著增加。

2. 动态拓扑变化：ASD显著改变了多个全局和节点指标的CV。特别值得注意的是，属于凸显网络(SN)的独立成分94(IC94)的节点聚类系数(Ncp)的CV与1-back SWM任务的错误率呈正相关。

3. 行为学关联：ASD后受试者在SWM任务中的准确率(ACC)显著下降，错误率(FA)和遗漏率升高，主观嗜睡量表(KSS)评分增加，这些变化与动态网络指标改变存在显著相关性。

【讨论与结论】
研究表明ASD会引发脑功能网络的异常状态转换和拓扑结构时变特性改变。这些动态重构可能反映了大脑在疲劳状态下的代偿机制：当ASD破坏正常网络功能时，大脑通过增加高度整合状态的持续时间来维持基本功能，但这种重构同时可能导致SWM等高级认知功能的损伤。其中凸显网络节点动态特性的改变尤为关键，该网络负责协调不同脑区的信息传递，其灵活性下降可能直接影响工作记忆的准确性。

这项研究的创新价值在于：首次系统评估了ASD对脑网络动态拓扑特性的影响，建立了动态神经指标与SWM损伤的定量关联，为开发基于dFNC的疲劳监测技术提供了理论依据。未来研究可进一步探索个体差异因素（如年龄、基础认知能力）对ASD神经反应的调节作用，并将这些动态指标应用于职业疲劳风险评估。