北京師范大學最新PNAS文章

　　來自北京師范大學認知神經科學與學習重點實驗室，美國NIH藥物濫用研究所的兩個研究組合作，完成了題為“Coupling of functional connectivity and regional cerebral blood flow reveals a physiological basis for network hubs of the human brain”的文章，指出無論是靜息休息狀態，還是任務應答調控狀態下，在血流供應和大腦功能拓撲結構之間都存在緊密聯系，這也許有助于揭示人類大腦功能互作組的生理基礎機制。相關成果公布在1月PNAS雜志在線版上。

　　文章的通訊作者是北京師范大學賀永研究員，以及美國NIH藥物濫用研究所楊一鴻研究員，其中賀永研究員主要從事計算神經影像與人腦連接組學研究，即采用多個模態的神經影像技術(結構、擴散和功能磁共振成像)，結合數學圖論的計算方法，研究活體人腦結構和功能網絡的連接模式。

　　人類大腦功能網絡包含了一些密集的連接樞紐，這些連接點在休息和工作狀態下，擔負著不同區域信息傳遞的關鍵職責，然而迄今為止，科學家們對于這些功能性連接點，與大腦生理學反應之間的關聯，比如局部腦血流量(rCBF)，知之甚少。

　　在這篇文章中，研究人員利用血氧合度依賴對比(Blood Oxygenation Level Dependent Contrast，BOLD Contrast)，以及動脈自旋標記灌注對比(arterial-spinClabeling perfusion contrasts)的功能磁共振成像數據，分析了休息狀態和 N-back工作記憶任務狀態下，大腦功能連接強度(functional connectivity strength，FCS)和局部腦血流量rCBF。

　　在休息狀態下，研究人員發現了高FCS的功能大腦連接點，主要出現在默認模式(default mode)，insula和視覺區域中，FCS顯示出與rCBF明顯的空間相關性，并且比較于視覺和感覺網絡，在默認模式網絡(DMN，包括內側額葉-頂葉皮層)和執行管控神經網絡(ECN，包括側額葉-頂葉皮質)中關聯性更強。

　　而且這種關聯性取決于連接的距離，也就是說，rCBF與長距離連接點，比與短距離連接點的關聯更強。值得注意的是，幾個DMN和ECN區域表現出了每單元連接強度，更高的rCBF(rCBF/FCS ratio)，而這一指標在??后視覺區域較低。

　　在工作記憶的實驗中，研究人員發現FCS-rCBF耦合和 rCBF/FCS ratio受到ECN和/或DMN區域負載任務的調控。此外，任務誘導的側頂葉中FCS和rCBFA的改變與與行為表現正相關。

　　這些研究結果表明，無論是靜息休息狀態，還是任務應答調控狀態下，在血流供應和大腦功能拓撲結構之間都存在緊密聯系，這也許有助于揭示人類大腦功能互作組的生理基礎機制。

　　賀永研究組曾建立了世界上第一個活體人腦結構連接網絡草圖，發現了人腦不同區域之間的灰質厚度具有“小世界”組織方式，并由此建立了阿爾茨海默氏病和白質多發硬化病的腦結構網絡失連接模型。

　　作者簡介：

　　楊一鴻，美國國家衛生研究院(NIH)高級研究員，國家藥物成癮研究所(NIDA)磁共振成像(MRI)與頻譜(MRS)部主任。1995 年獲得美國伊里諾伊大學 (University of Illinois at Urbana-Champaign) 博士學位，師從MRI 發明者、諾貝爾獎得主Lauterbur 教授。1995 年至1998 年任NIH 博士后，從事腦功能磁共振成像(fMRI)與灌注成像(perfusion imaging)的技術研究。1998 年至2002 年任美國康奈爾大學(Cornell University)助理教授，從事腦功能成像與彌散張量成像(DTI)的技術開發及其在精神病學方面的應用。2002年至今，分別任NIH 研究員、終身高級研究員，并且任國家藥物成癮研究所磁共振成像與頻譜部主任。目前主要從事靜息腦功能成像、灌注成像、彌散張量成像、圖像分析、動物模型、磁共振頻譜等技術研究與在藥物成癮方面的應用。已在國際主流期刊發表學術論文近90 篇，合著MRI 與醫學成像專著三部。多年參與NIH 與其他基金的評審。

　　賀永 博士，985團隊研究員，博士生導師

　　教育經歷

　　2002.9-2005.6 中科院自動化所模式識別國家重點實驗室，博士

　　1999.9-2002.7 大連理工大學機械工程學院，碩士

　　1993.9-1997.7 山東理工大學機械工程學院，學士

　　工作經歷

　　2008-至今，北京師范大學認知神經科學與學習國家重點實驗室，團隊研究員

　　2005.7-2008.1，加拿大麥吉爾(McGill)大學蒙特利爾神經病學研究所(MNI)腦成像中心，博士后

　　研究領域

　　本實驗室主要開展計算神經影像與人腦連接組學研究，即采用多個模態的神經影像技術(結構、擴散和功能磁共振成像)，結合數學圖論的計算方法，研究活體人腦結構和功能網絡的連接模式。在該領域發表SCI論文90余篇，SCI總引用2200余次。

　　腦結構網絡：提出采用結構磁共振圖像獲得的腦皮層灰質形態學數據構建人腦結構網絡模型的計算方法，建立了世界上第一個活體人腦結構連接網絡草圖，發現了人腦不同區域之間的灰質厚度具有“小世界”組織方式(He et al., Cereb Cortex 2007)。采用該方法，建立了阿爾茨海默氏病(He et al., J Neurosci 2008)和白質多發硬化病(He et al., Brain 2009)的腦結構網絡失連接模型。建立了基于擴散磁共振圖像人腦白質結構網絡的計算方法(Gong, He et al., Cereb Cortex 2009)，并成功將其用于性別(Yan et al., Cereb Cortex 2011)，阿爾茨海默病(Lo et al., J Neurosci 2010)，白質多發硬化病(Shu et al., Cereb Cortex 2011)和老年抑郁(Bai et al., J Neurosci 2012)的研究中。

　　腦功能網絡：采用靜息態fMRI數據構建了人腦在時間和空間上的功能連接網絡，發現人腦自發活動在不同腦區間具有等級模塊化設計原則(He et al., PLoS ONE 2009)。針對腦網絡研究中的若干方法學問題進行了研究，比如研究了靜息態下多個腦功能網絡的動態連接(Kang et al., NeuroImage 2011)和有向連接模式(Yan et al., PLoS ONE 2011)，評價了不同腦分區方法對腦網絡構建的影響(Wang et al., Hum Brain Mapp 2009)，評價了腦功能網絡在不同時間上的可重復性(Wang et al., PLoS ONE 2011; Liang et al., PLoS ONE 2012)等。將功能網絡計算模型成功應用于性別(Tian et al., NeuroImage 2011)，正常老化(Wang et al., NeuroImage 2010)和神經精神疾病如強迫癥(Zhang et al., J Psychiatry Neurosci 2011)，抑郁癥( Zhang et al., Biol Psychiatry 2011), 阿爾茨海默病(Dai et al., Neuroimage 2012)和輕度認知障礙(Wang et al., Biol Psychiatry 2012)的研究中。

　　在腦網絡研究領域中，曾獲得多次邀請綜述(He et al., Curr Opin Neurol 2010; He et al., Neuroscientist 2009; Wang et al., Front Syst Neurosci 2010; Xia and He, Brain Connectivity 2011; Xie and He, Front Psychiatry 2012)。

　　本實驗室建立的腦網絡系列計算方法和相關應用研究已經得到了國際國內同行的廣泛關注，目前已和國內多個大學和醫院以及加拿大、澳大利亞、美國、日本、臺灣等國家和地區的研究者建立長期實質性合作關系，在腦網絡計算方法和應用領域已合作發表了多篇研究論文。