映射局部扰动如何影响系统级大脑动力学

人脑表现出相对稳定的时空组织，支持着大脑功能，并可通过局部脑刺激进行操纵。这种对局部皮层动力学的扰动被不同的神经系统全局整合。然而，神经活动的局部变化如何以及为何影响大尺度系统动力学仍不清楚。在此，我们简要回顾了探讨局部扰动如何影响大脑活动的实证和计算研究。然后，我们系统分析了一个大尺度脑动力学模型，评估了不同位点大脑活动的局部变化如何影响全脑动力学。我们发现，局部刺激引起的大脑活动变化可以用相对平滑的调节曲线来概括，这些曲线将一个区域作为刺激位点的有效性与它在皮层层级结构中的位置联系起来。我们的结果还支持了这样一种观点：在较慢状态下运作的大脑枢纽对局部扰动更具弹性，并在维持全局大脑动力学的稳定性中起关键作用。相比之下，以较快活动为特征的外周区域的扰动对功能连接性具有更大的影响。与这一区域层面的结果相平行，我们还发现视觉和感觉运动网络等外周系统比扣带盖网络等高级系统更容易受到局部扰动的影响。我们的结果强调了外周到核心的层级结构在决定局部刺激对大脑网络影响中的重要性。我们还提供了新的资源，以指导旨在使用无创脑刺激操纵功能连接性的实证研究。