人脑的功能连接可归结为三种时间和空间模式

人脑功能主要使用无创、静息态功能磁共振成像(fMRI)进行研究。然而，自20世纪90年代以来这项技术的应用导致了关于人脑大规模功能组织的看似矛盾的概念。

由来自埃默里大学、加州大学洛杉矶分校(UCLA)、蒙特利尔神经学研究所、范德比尔特大学和新加坡国立大学的科学家组成的合作团队现已弥合了两大类大规模大脑组织之间的差距并表明人脑中最具功能性的现象可以简化为三种时空模式的组合。这些模式解释了负责功能连接的大脑的大多数全局空间结构，并统一了使用静息态功能MRI进行的观察，这些观察以前被认为是不同的。

LucinaUddin博士是该研究的作者之一，她是加州大学洛杉矶分校塞梅尔神经科学和人类行为研究所的精神病学和生物行为科学教授、大脑连接和认知实验室主任。

“功能磁共振成像表明大脑具有全局连贯的空间结构，但科学家们尚未就对这种结构进行分类的正确方法达成共识。我们证明，少量的时空模式可以完成这项工作，”加州大学洛杉矶分校塞梅尔神经科学和人类行为研究所的精神病学和生物行为科学教授、大脑连接和认知实验室主任LucinaUddin博士说。

研究结果发表在《自然神经科学》杂志上的一篇题为“三种时空模式下的全球功能性大脑组织的简洁描述”的文章中。

“我们表明，先前观察到的大量经验现象是三种主要时空模式的表现，”加州大学洛杉矶分校塞梅尔研究所的统计学家、该论文的第一作者泰勒·博尔特博士说。

MRI测量基于血氧水平依赖性(BOLD)的自发低频波动。这些波动的信号反映了大脑不同区域之间的同步神经活动，并被组织成跨越认知、感知和行动功能系统的全局模式。自发波动受到越来越复杂的分析技术的影响，导致对大规模功能性大脑组织的相互竞争的描述。

这些全局模式分为两大类：零滞后和时滞同步。零滞后同步代表“驻波”，其中两个信令时间进程之间存在瞬时相关性，或者两个BOLD信号之间没有时间滞后。这可以看作是整个皮层大脑区域的同步同步。另一方面，时滞同步代表“行波”，其中两个信令时间过程之间的依赖性由延迟分开。

为了提取行波模式，作者将PCA(主成分分析)应用于复杂的BOLD信号，这些信号是使用数学变换技术从原始信号导出的。

研究人员表示，“几乎没有尝试综合不同方法的研究结果”。乌丁将这种缺乏统一概念的现象与印度的寓言进行了比较，在印度寓言中，蒙着眼睛的人遇到大象的不同部位，得出对同一动物的不同描述。

作者指出：“我们试图以由驻波和行波动力学混合组成的三种低频时空模式的形式统一这两个类别中观察到的现象。”

作者假设静止波和行波的表示捕获了少量时空模式的不同方面。在检验这一假设时，作者发现一些早期的观察结果，包括功能连接梯度、任务正/负任务反相关模式、时滞传播模式和功能连接组网络结构，可以在框架建模中统一驻波和行波结构。

这些结果展示了大脑的整体功能组织，可以激发对大脑活动协调原理的研究。

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