多尺度结构连接组本征模式限制着人脑的功能动态

《Communications Biology》：Multiscale structural connectome eigenmodes constrain human brain functional dynamics

　　

摘要

人脑是一个在多个尺度上具有复杂结构组织的神经网络。这种多尺度结构源于复杂的生物机制，为功能相互作用提供了解剖学基础。然而，多尺度结构连接组在多大程度上限制了功能活动仍不清楚。在此，我们通过构建一个整合了白质纤维追踪、微结构相似性以及皮质间距离信息的体内多尺度结构连接组，来研究结构与功能之间的关系。多尺度结构连接组的特征模式在捕捉自发及任务诱导的功能活动方面，比传统的结构连接度估算方法更具优势。此外，多尺度结构-功能解耦现象揭示出一种从相互耦合的单模态感觉皮层到相互解耦的跨模态联合皮层的组织轴，这反映了微观结构和宏观功能层次之间的关系。这些解耦模式在空间上与阿片类神经递质受体和线粒体琥珀酸脱氢酶位置一致，同时也与那些与突触结构和信号调控相关的转录组特征存在共定位现象。总体而言，我们的研究结果强调了多尺度结构连接在塑造大脑功能动态中的关键作用，并为理解结构与功能之间的关系提供了新的神经生物学见解。