Nature期刊人类大脑复杂交互网络最新研究成果第一作者来自交大

2020年4月27日，Nature期刊Communications Biology（通讯生物学）在线发表了北京交通大学与哈佛大学、波士顿大学、巴伊兰大学等共同合作完成的题为“Dynamic network interactions amongdistinct brain rhythms as a hallmark of physiologic state and function”的最新研究成果。论文研究了健康个体睡眠脑电波各个脑节律间的复杂交互作用机制，发现了完整的脑节律交互作用图谱，为神经生理调节机制提供了新视角，具有广泛的临床意义。

北京交通大学理学院林艾静副教授（博士生导师）为论文的第一作者（研究生期间师从北京交通大学理学院商朋见教授），北京交通大学为第一完成单位，国家自然科学基金面上项目为该论文的第一标注。该论文自2020年4月27日在线发表至5月10日，下载量已达2205次，并被来自世界各国的研究学者在Twitter、Facebook等媒体上相继转载（论文链接https：//www.nature.com/articles/s42003-020-0878-4）。

在系统整体层面上，脑节律具有复杂的多层次时空演变和大范围时间尺度特征。在微观层面上，单一神经元的复杂放电模式和大脑各区域神经元间的交互作用产生了具有不同频率和时空动态特征的脑节律。在宏观层面上，脑节律与一系列生理状态、神经生理与认知功能、病理状态密切相关。传统脑研究侧重于探索脑节律及其与特定的生理状态和功能间的联系，如低频波在深度睡眠时占主导地位，而高频波在清醒时占主导地位，低频波与高频波的共存和病理状态具有某种特定联系。因此，该领域研究主要集中于单一脑节律特征和特定成对脑节律间的交互作用，以探究不同脑区的时间动力学特征、神经元起源及空间分布。

本论文通过采用脑节律间的瞬时调制动态交互网络作为新思路来研究生理功能。假设除特定时间与空间特征，脑节律间的调节作用在维持生理状态与功能中也具有重要作用，且在大尺度准稳态行为之上。着重解决了一个基本问题，即脑节律如何作为复杂网络不断调制和作用来产生不同的生理状态与功能。我们探讨了主导与非主导脑节律间的调节和耦合机制，揭示了脑节律间在小尺度下的动态复杂交互网络结构特征。

研究表明，单一脑节律或特定成对脑节律间的交互作用并不能完全描述生理状态与功能，而所有脑节律间的持续调节机制作为一个复杂网络能更为全面地描述生理状态与功能。在小尺度上的脑波调制微观结构（传统上被认为是噪音）蕴含着脑波交互作用的重要信息。研究发现了脑波交互作用的整体关键图谱，并在不同大脑区域和个体具有鲁棒性。

该项研究得到了国家自然科学基金面上项目（61673005）的资助。