非局部连通性投影对几何约束皮层动力学的影响建模

皮层的功能和动力学根本取决于其组成轴突纤维的特定接线配置，亦即连通性。然而，许多宏尺度皮层活动的动力学特性都可通过描述其在皮层表面上作为传播波来捕获，仅受该表面二维几何的约束。因此，仍是一个开放问题：为何局部几何可以成功地捕获宏尺度皮层动力学，尽管忽略了Fast-conducting, Non-local Projections (FNPs) 的特异性，这些已知可通过远程神经群体之间的快速非局部活动传播来调节。本文通过发展一种新型数学模型来回答此问题，该模型描述了宏尺度皮层活动，其中皮层群体通过连续的薄片相互作用，同时通过一组独立于薄片几何的FNPs进行额外的相互作用。通过模拟该模型在各种连通性拓扑、外部输入和时间尺度下的情形，我们展示了FNPs对快速、刺激触发的响应在毫秒级时间尺度（$\lessapprox 30~\text{ms}$）的模型动力学具有强大的影响，但对较慢的、在更长时间尺度上（$> 30~\text{ms}$）的自发波动贡献相对较小，这些波动日益 resemble 没有FNPs的几何受限动力学。我们的结果表明，关于局部（几何）和非局部（连通性）皮层-皮层相互作用的相对贡献的观点是情境相关的：尽管FNPs由连通性指定，却是捕捉特定远程群体之间快速沟通（如快速处理感官输入）所必需的，但在塑造较慢的自发波动（如安静状态功能性MRI）方面发挥作用相对较小。