人脑连接体网络中的受挫层级同步与涌现复杂性

通过同步产生的相干行为的自发涌现对神经功能起着关键作用，其异常往往是各种病理的基础。在此，我们采用一种简约（介观）方法，从解析和计算两方面研究了真实人脑连接体网络上的同步（Kuramoto）动力学。我们阐明了一种迄今为止未被揭示的中间相的存在，它位于标准同步相与异步相之间，即位于有序与无序之间。这一新相源于连接体的层级模块化组织。在原本预期会出现层级同步过程的地方，我们表明结构瓶颈与多尺度下淬灭的内禀频率异质性之间的相互作用，导致了受挫同步、亚稳态以及类 chimera 状态，从而产生了非常丰富且复杂的物理现象。我们利用谱图理论揭示了这些特征背后动态冻结的起源，并讨论了涌现的复杂同步模式如何与大脑的需求相关联——即大脑需要以稳健而灵活的方式，访问大量的功能吸引子和动力学储备，而无需对临界点进行特定的精细调节。