脑内动态神经元枢纽节点的功能切换诱导认知状态转换

认知状态被广泛划分为觉醒、快速眼动睡眠与非快速眼动睡眠。尽管状态转换的机制未知，但已有提议认为不同脑区之间的功能激活/失活导致了此类转换。由于脑电图分析可让我们探究脑区特性与关联，我们借此解决该问题。我们记录了经手术准备的慢性自由活动、行为正常大鼠的额叶与枕叶皮层脑电图，并分类其警觉状态及警觉状态转换。通过计算多重分形谱宽度所进行的复杂性分析，将警觉状态转换（VST）归类为比其所涉及的警觉状态更具非线性和复杂性。脑电图信号被分解为类似于经典人类 Delta、Theta、Alpha、Beta 与 Gamma 振荡的频段。这些振荡的动态网络属性显示出在意识状态下脑额叶与枕叶区域之间令人信服的拓扑相关。底层分层网络组织的拓扑趋势由枢纽与非枢纽节点的百分比表征，并进一步决定全局与局部连接趋势。这揭示了非快速眼动睡眠期间由于枢纽节点数量较觉醒状态减少而导致的功能断开的有趣见解。在非快速眼动睡眠-觉醒与觉醒-非快速眼动睡眠转换期间，额叶与枕叶区域之间枢纽/非枢纽节点比也存在切换行为。我们的发现作为原理证明支持了枢纽节点的功能区域失活或激活作为一种渐进式切换机制，以分级方式实现认知状态转换（觉醒到睡眠或反之）；详细的神经-生理-化学机制需进一步研究。