静息态脑活动的时间序列受白质结构约束并受认知需求调制
神经元与认知
2019-10-02 v2
摘要
多样化的白质网络与精细调谐的神经元膜特性使大脑能够在认知状态间无缝转换。然而，静态结构连接如何在不同认知状态下引导大规模脑活动模式的时间进程仍不清楚。在此，我们分析大脑在被动视觉注视（静息）和 n-back 工作记忆任务期间所获取的功能磁共振成像数据的单时间点活动模式层面上的高维活动空间中的轨迹。我们发现，代表脑活动时间序列的特定状态空间轨迹受认知负荷调制并与任务表现相关。利用同一被试的扩散加权成像，我们运用网络控制理论工具表明，沿白质连接的线性活动传播约束了静息态下大脑的状态空间轨迹。此外，考虑刺激驱动的视觉输入解释了 n-back 任务期间所采取的不同轨迹。我们还使用网络重连模型表明，这些发现是白质架构非平凡的几何与拓扑属性的结果。最后，我们考察了年龄与时间分辨脑状态动力学之间的关联，揭示出关于默认模式网络和执行控制网络功能变化的新见解。总体而言，这些结果阐明了认知与发育相关时空脑动力学的结构基础。
引用
@article{arxiv.1809.02849,
title = {Temporal sequences of brain activity at rest are constrained by white matter structure and modulated by cognitive demands},
author = {Eli J. Cornblath and Arian Ashourvan and Jason Z. Kim and Richard F. Betzel and Rastko Ciric and Azeez Adebimpe and Graham L. Baum and Xiaosong He and Kosha Ruparel and Tyler M. Moore and Ruben C. Gur and Raquel E. Gur and Russell T. Shinohara and David R. Roalf and Theodore D. Satterthwaite and Danielle S. Bassett},
journal= {arXiv preprint arXiv:1809.02849},
year = {2019}
}