人脑结构-功能耦合的线性生成框架

脑功能源于解剖连通区域间协调活动，其中结构连通性 (SC) ——白质通路网络 ——提供功能连通性 (FC) ——脑区间相关神经活动的物理基质。尽管这些结构和功能网络在显著程度上重合，但其关系涉及复杂的间接机制，包括直接和间接通路、环路网络相互作用以及神经调制性影响的动态相互作用。为系统性地解析结构架构如何塑造功能模式，本文旨在建立一套规则，对如何从直接和间接结构连接及构型产生 FC 进行解码。具体而言，使用生成式线性模型，我们推导出预测个体静息状态 fMRI FC 的显式规则，该模型基于 diffusion-weighted imaging (DWI) 导出的 SC，经拓扑空模型验证。检查这些规则后，结果显示不同类别的脑区：积分器枢纽作为结构枢纽促进同步化，调节器枢纽作为结构支点协调竞争性动力学。通过虚拟损伤实验，我们展示不同皮层和次皮层系统对全局功能组织作出独特贡献。总体而言，本框架解构了结构架构驱动功能动力学的机制，使我们能够预测脑 Connectivity 路径的病理或手术破坏如何通过功能网络级联，可能导致认知和行为功能障碍。