代谢组学

Hum&160;Brain&160;Mapp:研究发现,大脑网络结构并非固定不变的

2019年7月27日讯 ——佐治亚州立大学领导的一项研究表明,大脑网络--共同完成复杂的认知任务大脑中相互独立的区域--的形状和连通性会随着时间的推移以基本的和重复的方式发生变化。
神经元之间的相互作用和交流,被称为"功能连接",产生了大脑网络。研究人员长期以来一直认为这些网络在空间上是静态的,每个网络都由固定的大脑区域组成。但是在发表在《Human Brain Mapping》上的一项新研究中,佐治亚州的研究人员发现了大脑网络在空间和功能上是流动的证据。
图片来源:Georgia State University
研究人员收集了功能磁共振成像(fMRI)脑成像数据,在几分钟的时间里,以颗粒状的方式生成网络活动的快照,并观察到网络的功能、大小和位置的快速变化。
该研究的主要作者、神经成像与数据科学(TReNDS)转化研究中心的科学家Armin Iraji说:"假设大脑的每个区域随着时间的推移以同样的方式与大脑的其他部分相互作用,那就过于简单化了。"这项研究的合着者包括著名大学心理学教授、TReNDS总监Vince Calhoun和心理学副教授Jessica Turner。
相反,一个给定的大脑网络的空间属性会随着时间的推移而变化,它与其他大脑网络的关系也会随之变化。
Iraji说:"你可以把大脑想象成一个组织,让员工一起工作,让整个系统运转起来。很长一段时间以来,我们认为大脑网络就像部门或办公室,每天都有同样的人在做同样的工作。但事实证明,它们更像是共同办公的空间,人们在这里进进出出,在任何给定的时间都有不同的工作要做。Iraji补充说,忽视这些空间和功能的变化可能会导致对大脑的不正确和不完整的理解。
他说:"假设我们在不同的时间测量两个区域之间的功能连接,我们看到了一些变化。一种观点认为,与特定任务相关联的连接强度会随着时间的推移而变化。但是如果这区域在不同的时间负责不同的任务呢?也许在这两个办公室里不同的日子里有不同的人,这就是为什么我们在交流中看到不同。"
研究人员的发现建立在chronnectome的概念上。chronnectome是大脑的一种模型,其功能连接模式随着时间的推移而变化。Calhoun在2014年首次提出了这种功能连接模式随时间变化的大脑模型。
科学家们还研究了精神分裂症患者和健康对照组之间的大脑网络是否存在差异。虽然他们发现了两组之间的差异,但他们注意到这些差异并不一致,因此捕捉这些短暂的变化是很重要的。
Iraji说:"之前的大多数研究都是针对长期以来的平均网络活动。但当你看平均值的时候,你就去掉了那些微小的波动,这些波动可能是健康人和大脑紊乱患者之间的区别。"
参考资料:

Armin Iraji et al, The spatial chronnectome reveals a dynamic interplay between functional segregation and integration, Human Brain Mapping (2019). DOI: 10.1002/hbm.24580
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