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[数据分析基础] 默认网络:最新的解剖、生理研究及其研究发展过程中的新 [复制链接]

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发表于 6?天前 |只看该作者 |倒序浏览
本帖最后由 罗叶双 于 2019-10-5 19:09 编辑

导读:? ?

默认网络是近年来静息态研究中最典型的研究发现,但该网络最初的发现却是来源于任务态研究。可以说,默认网络在连接静息态研究和任务态研究成果方面起到了至关重要的作用。因此,在脑科学研究中具有举足轻重地位的研究者对该网络都给予了很高的关注力度。例如,思影科技公众号在之前为大家带来的Marcus E. Raichle教授关于默认网络所写文章,直接点击即可阅览:


DMN:大脑的默认网络


近日,来自哈佛大学心理学部的Randy L. Buckner教授在《Nature Reviews Neuroscience》杂志上发文,系统地讨论了默认网络的研究路径(即发展历程)最新的研究发现分布式网络的网络连接特征猴脑及啮齿类动物模型中的默认网络同系物带来的研究启示、默认网络的解剖证据默认网络可能的发展路径以及可能的控制环路。在这一整套完整的系统化的思维表述的背后,是Buckner教授对近年来围绕默认网络所做的相关工作所发现的结果和证据之间的微妙的相互关系的仔细观察。正是这种仔细的观察以及对各方面信息及证据的整合才构建起了这样一座造型宏大、内部结构精细的精美“建筑”。在读这篇文章的时候,一定要将自己的学术视野放大,将各个方面(如神经影像学、生理学、医学解剖、数学统计、图像处理、人工智能等等)的知识都调动起来,不要受到“路径依赖”思维的影响,才能从这篇内容丰富但逻辑缜密的文章中吸取到“独特”的养分,这份“独特”的养分一定会给你带来超出于paper之外的灵感!? ???

在过去20年的研究中,我们发现这样一个现象。在需要外界注意的任务中,分布在整个联合皮层(通常被称为默认网络)的部分区域会受到抑制(在早期,这甚至被认为是因研究方法而带来的一种观察误差),而在记忆、想象未来和做出社会推断时,这些区域处于活跃状态。正是这个意外的但是频繁出现的难以解释的问题引发了研究人员的极大兴趣,从而产生了我们今天所称的“默认网络”!? ?

这篇文章描述了对处于这些关联区域网络中的脑区的组织和功能方面的研究进展。对单个个体进行详细的高分辨率分析表明,默认网络并不像以往研究中描述的那样是一个单一的网络,而是由多个相互交织的网络组成(其实如果大家做静息态的ICA时就会发现,默认网络可能会被分为两个网络或三个网络,这并不是偶然)。


我们观察到的这种多个网络共享一个共同的组织模式(即默认网络,值得注意的是,这种特征在狨猴和猕猴解剖回路中也很明显),可能依赖于其内部构造形成的一般处理功能而不是由外部约束表示。? ?

每个独立的交织在一起的网络可能都专门用于一个不同的处理领域(即默认网络可能存在多个子网络,作者在文中主要认为分为两个)。同时,人类和猴子的直接神经记录揭示了内部(默认网络)和外部导向网络(其他高级功能网络,如注意网络)之间竞争关系的证据。? ???

而对啮齿类动物研究的结果则表明,丘脑可能对控制通过特定的丘脑网状神经元(包括拮抗亚群)参与的网络至关重要。作者认为,这些联系网络(可能还有丘脑皮层回路)在人类大脑中不断扩展,同时,可能特别容易受到与精神疾病有关的失调的影响。在最后,作者讨论了默认网络研究中仍旧存在的缺陷,并对未来的发展方向进行了一些讨论。? ?? ?



默认网络的发现是认知365棋牌的连环夺宝_51棋牌365_365棋牌游客服充值的研究人员的一个意外发现,他们在使用fMRI来研究人类大脑功能时,发现当参与者执行需要积极注意力的任务时,相对于他们在被动条件下的活动水平,联合皮层的大片区域表现出活动减少(即负激活)的现象。这部分区域包括额叶、后中线和顶叶下叶的广泛部分,被称为大脑的默认网络(或默认模式网络)。具体来说,是由离散的、双侧的和对称的皮层区域组成,位于人类、非人灵长类动物、猫和啮齿动物大脑的内侧和外侧顶叶、内侧前额叶、内侧和外侧颞叶皮质。? ???

该研究最初是用正电子发射断层扫描(positron emissiontomography)进行的。在正电子发射断层扫描中,研究者将各种新奇的、需要注意力的、非自我参照的任务,与闭上眼睛安静休息或简单的视觉固定相比较。与这些放松的非任务状态下的活动相比,默认模式网络始终会减少其活动。此外,构成默认网络的分布区域内的自发活动波动(从静息态数据观察所得)相互关联,说明它们形成了一个相互作用的网络。? ???

并且,一些依赖于内部表示的任务(包括记忆、展望未来和做出社会推断等)在默认网络区域的活动增加,超过了被动条件(即注视点条件时)下观察到的激活状况。这些功能性的观察提出了一种可能性,即默认网络在人类思维的高级阶段(这里指一些高级认知功能)是活跃的。? ???

尽管有这些可重复的观察结果,关于默认网络的许多发现仍难以整合。这个过程中出现的一个主要困难是对默认网络的经验观察反映的现象并不是单一的,甚至反映的不是单个网络的行为。但一个统一的理论解释是必要的,即明确默认网络的功能与其相关的行为反应之间的一个系统的科学假设。然而,一个关键的新发现是,默认网络可能由多个并立的独立网络组成,而不是像最初设想的那样是一个单一的整体网络。? ???


另一个挑战则与过度依赖人类神经影像学研究的相关发现有关,因为这些研究本身就模棱两可(这是由于目前所使用的技术手段所带来的,例如fMRI中大量噪声的存在以及仍然有限的分辨率问题,还有技术处理等等问题的存在)。? ?

在本文中,作者提出了在默认网络中存在多个网络的证据,并探讨了这些新发现的含义。作者关注了在神经影像学研究中观察到的不同现象,以及从人类神经生理记录和在猴子和啮齿类动物模型中的探索中得到的趋同发现。同时,作者还推荐感兴趣的读者阅读补充评论,讨论默认网络对自发认知形式和定向任务的处理贡献(但这不是本综述的重点,因此只在补充评论中详细讨论,这篇文章中作者并未提及)。


篇幅限制,阅读全文请点击链接 https://mp.weixin.qq.com/s/4WKElgK6dFSPkk8L4iU9Mw


原文:

The brain's defaultnetwork: updated anatomy, physiology and evolving insights

RL Buckner, LMDiNicola - Nature Reviews Neuroscience, 2019 - nature.com


如需原文及补充材料请加微信:siyingyxf 获取,如对思影课程感兴趣也可加此微信号咨询。


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