近日，復旦大學智能復雜體系基礎理論與關鍵技術實驗室教授于玉國課題組探討了人腦在執(zhí)行心算和聆聽音樂兩種認知行為時，呈現(xiàn)出來的動態(tài)腦網(wǎng)絡復雜動力學特征，揭示了人腦在執(zhí)行高度專注的認知任務時多個腦區(qū)形成穩(wěn)健的動態(tài)長程關聯(lián)網(wǎng)絡特征，而在聽舒緩音樂時大腦則呈現(xiàn)出局部中心化的特征連接模式。研究成果在線發(fā)表于《表型組學》。

以往的腦電網(wǎng)絡研究大多關注靜態(tài)的特征改變，很少揭示其動態(tài)規(guī)律。為此，研究人員基于不依賴閾值的最小生成樹分析方法，構(gòu)建動態(tài)腦網(wǎng)絡。為了研究在不同狀態(tài)下是否存在始終扮演著重要角色的核心腦區(qū)，研究人員統(tǒng)計了隨時間動態(tài)變化過程中，每層網(wǎng)絡排名前五的核心節(jié)點的出現(xiàn)頻次，將其投射到腦地形圖上，直觀呈現(xiàn)出隨時間變化過程中哪些腦區(qū)始終扮演著重要的角色。此外，研究者還計算了基于圖拉普拉斯變換的動態(tài)不相似性指數(shù)，刻畫最小生成樹網(wǎng)絡隨時間演變的拓撲結(jié)構(gòu)變化規(guī)律。

通過圖論動態(tài)網(wǎng)絡特征分析，這項研究揭示了人在聽音樂時，大腦處于豐富多變的動態(tài)網(wǎng)絡中，局部信息傳輸密集。相比之下，專注的心算任務驅(qū)使大腦進入一種更像線型的長程連接模式。在這種模式下，腦網(wǎng)絡可實現(xiàn)長距離信息流通，并呈現(xiàn)出對局部信息流輸入的屏蔽性。這些結(jié)果表明，人腦在不同認知狀態(tài)下，運用了不同的網(wǎng)絡連通模式實現(xiàn)高效的信息傳輸和計算功能。由此可啟發(fā)人工神經(jīng)網(wǎng)絡在處理不同工作任務時，或可生成不同的網(wǎng)絡連通結(jié)構(gòu)來發(fā)揮聯(lián)想記憶的發(fā)散特性以及專注任務的高效性。

研究人員表示，將來會設計更加精巧的實驗范式，以揭示更多的人腦功能網(wǎng)絡復雜特征和規(guī)律。

關鍵詞： 網(wǎng)絡復雜特征 動態(tài)規(guī)律 網(wǎng)絡復雜 人腦功能