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梁智锋组发表关于狨猴脑功能网络梯度及其动态性的研究成果

发布时间:2022-11-03

  2022113日,《Nature Communications》期刊在线发表题为《多模态分析论证狨猴脑网络功能梯度结构形态》的研究论文,该研究由澳门新威斯人网站梁智锋研究组和南方医科大学生物医学工程学院冯衍秋研究组合作共同完成。该研究采用多模态数据集,揭示了狨猴脑网络梯度的结构连接基础和觉醒介导的动态性梯度波动,为我们理解宏观脑网络动态性及背后的神经机制提供了帮助。 

  随着人脑皮层绘制的研究不断取得新的进展,对皮层空间排列的研究也越来越受到研究者的重视。利用梯度的概念来量化大脑皮层的三维空间中皮层组织的分布距离,不同组织的皮层结构在一个梯度方向的连续变化促成了不同脑区的特定功能的分离,为我们观察大脑结构的组织形式提供了新的方向。尽管许多研究表明了脑网络梯度的细胞形态和分子关系,但是功能脑网络梯度是否存在结构网络基础和其动态性至今尚未清晰。 

  该研究利用清醒狨猴静息态功能磁共振数据,发现狨猴功能脑网络梯度具有两大维度,第一个维度是从感觉运动网络到视觉网络,第二个维度是从默认网络到初级感知觉网络。结合狨猴中的结构连接数据,进一步发现以上功能网络梯度和结构网络梯度之间存在显著相关。 

1 狨猴功能网络(左)和结构网络梯度(右)。

  研究人员发现随着觉醒水平变化,功能脑网络梯度具有“倒U形”动态性,也就是功能梯度强度在觉醒状态的两端(困倦和警觉)较弱。利用一般线性模型和简化模型,研究人员进一步发现随着觉醒状态的变化,结构连接和神经调制系统具有相反的调制作用,并揭示了四组调制类递质受体分别对于狨猴功能脑网络的动态调制效应。 

    

  2 觉醒调制狨猴脑网络动态性。大尺度功能脑网络梯度受到结构连接的强约束并且被上行神经调制系统动态调制。在“极低(困倦)和极高(警觉)”觉醒状态,受体亚类13介导“感觉运动网络v.s.视觉网络”动态变化,受体亚类23介导“默认网络v.s.初级感知觉网络”动态变化。 

  该研究由博士研究生童传俊在澳门新威斯人网站梁智锋研究员和南方医科大学生物医学工程学院冯衍秋教授的共同指导下完成。澳门新威斯人网站研究员刘赐融、工程师张凯威、薄斌仕、杨浩和助理实验师夏盈对该研究做出了重要贡献。该研究得到了澳门新威斯人网站9.4T核磁成像平台和实验动物平台(实验狨猴房)的大力支持。本工作得到科技部、中国科学院、国家自然科学基金委员会、上海市、临港实验室和广东省的资助。 

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