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人類復(fù)雜的行為由大腦中不同的功能網(wǎng)絡(luò)所驅(qū)動。這些網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上是大腦區(qū)域的集合，通過彼此之間的功能性連接進(jìn)行相互通信。它們的連通性表現(xiàn)于神經(jīng)活動模式的時序特征。雖然已經(jīng)有大量研究探索了大腦功能網(wǎng)絡(luò)在行為中的作用，但人腦不同腦區(qū)到底參與哪些功能網(wǎng)絡(luò)至今仍是未解之謎。其背后蘊含的是人腦如何在三維空間中協(xié)調(diào)功能網(wǎng)絡(luò)之間的空間關(guān)系。

近日，中國科學(xué)院自動化研究所腦網(wǎng)絡(luò)組研究中心團(tuán)隊在該研究方向上提出了腦功能網(wǎng)絡(luò)共表征的新概念，發(fā)展了定量化的新指標(biāo)，在個體水平上刻畫了人腦不同腦區(qū)參與功能網(wǎng)絡(luò)的空間分布模式，并進(jìn)一步探索了該模式背后的生物學(xué)基礎(chǔ)，相關(guān)研究以Co-representation of Functional Brain Networks Is Shaped by Cortical Myeloarchitecture and Reveals Individual Behavioral Ability為題發(fā)表于神經(jīng)科學(xué)學(xué)會(SfN)的官方期刊The Journal of Neuroscience。該研究被選為當(dāng)期Featured Article，并在This Week in The Journal的專欄中進(jìn)行了特別報道。 

該研究試圖回答的科學(xué)問題是，人腦是如何實現(xiàn)協(xié)調(diào)功能網(wǎng)絡(luò)之間的空間關(guān)系。同時，這種協(xié)調(diào)背后可能的生物學(xué)基礎(chǔ)是什么，及其對個體行為表現(xiàn)的意義如何。上述問題之間的邏輯關(guān)系如圖1所示。 

針對這些問題，該研究利用大規(guī)模、高質(zhì)量人腦功能磁共振數(shù)據(jù)獲取了不同尺度的個體化腦功能網(wǎng)絡(luò)，并提出網(wǎng)絡(luò)在空間上共表征的概念，發(fā)展了共表征特異性(CORS)和共表征普遍性(CORI)的定量指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，上述指標(biāo)能在不同尺度功能網(wǎng)絡(luò)的定義下，獲取穩(wěn)定的共表征模式，表明共表征模式的本質(zhì)性。同時，研究通過評估與髓鞘相關(guān)的神經(jīng)解剖學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)特征，證明了腦髓鞘化結(jié)構(gòu)在塑造共表征模式中的關(guān)鍵作用。此外，個體腦的共表征模式與個體行為測試表現(xiàn)之間存在顯著的預(yù)測關(guān)系。綜上，該研究加深了對大腦功能組織模式的理解，揭示了腦區(qū)參與到不同腦功能網(wǎng)絡(luò)的模式，并探索了其背后的解剖學(xué)基礎(chǔ)和遺傳因素。研究在個體水平上提出的定量化指標(biāo)有望在腦科學(xué)與腦疾病研究中發(fā)揮重要作用。 

該論文的第一作者為中國科學(xué)院自動化研究所的初從穎副研究員，中國科學(xué)院自動化研究所蔣田仔研究員及樊令仲研究員為共同通訊作者。論文合作者包括來自德國Jülich研究中心的David Elmenhorst教授、Simon B. Eickhoff教授，昆明理工大學(xué)的王驕健教授，北京郵電大學(xué)的劉勇教授，北京師范大學(xué)的劉冰教授以及中國科學(xué)院自動化研究所李雯助理研究員、時維陽助理研究員、王海艷助理研究員。該研究受到國家科技創(chuàng)新2030—“腦科學(xué)與類腦研究”重大項目和國家自然科學(xué)基金等項目的資助。 

圖1. 人腦功能網(wǎng)絡(luò)共表征模式的研究思路

論文地址：https://www.jneurosci.org/content/44/13/e0856232024

來源：中國科學(xué)院自動化研究所