腦網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)今腦科學(xué)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。感覺、知覺、運(yùn)動(dòng)以及決策等諸多大腦功能都依賴腦網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。既往研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)被試處于平躺且無任何外界刺激的狀態(tài)下,其大腦不同區(qū)域之間依然保持自發(fā)的同步激活,形成靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)。這種靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)能夠穩(wěn)定相應(yīng)功能態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)的連接以確保功能維持,同時(shí)還涉及諸如意識(shí)、記憶鞏固和自我參照等重要的大腦功能。現(xiàn)有的靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)研究集中在人類、靈長(zhǎng)動(dòng)物和嚙齒動(dòng)物上,對(duì)低等脊椎動(dòng)物(如蛙類)進(jìn)行相應(yīng)研究對(duì)理解大腦功能、物種進(jìn)化等具有重要的科學(xué)意義。
中國科學(xué)院成都生物研究所行為及其神經(jīng)機(jī)理學(xué)科組的薛飛、方光戰(zhàn)等人以仙琴蛙(Babina daunchina)為對(duì)象,在其端腦和中腦左右兩側(cè)分別埋植電極,記錄在不同活躍階段下,個(gè)體處于靜息狀態(tài)時(shí)的腦電,通過格蘭杰因果關(guān)系分析方法對(duì)不同腦區(qū)間的連接進(jìn)行了探究。我們預(yù)測(cè):(1)仙琴蛙存在偏側(cè)性的靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò),并且與被動(dòng)聽覺功能相關(guān)聯(lián);(2)靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)存在性二型現(xiàn)象;(3)高活躍階段的靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)的連接強(qiáng)度會(huì)高于低活躍階段的連接強(qiáng)度。
結(jié)果顯示:(1)在靜息態(tài)下,仙琴蛙左側(cè)中腦上行至兩側(cè)端腦的連接均強(qiáng)于右側(cè)中腦的上行連接,而右側(cè)端腦的傳出連接顯著強(qiáng)于其他腦區(qū)的傳出連接。由于左側(cè)中腦主導(dǎo)聽覺感知,而右側(cè)端腦主管注意調(diào)節(jié),因此這種不對(duì)稱性的腦網(wǎng)絡(luò)可能反映了結(jié)構(gòu)非對(duì)稱性和注意調(diào)節(jié)共同作用的聽覺偏側(cè)性。(2)雌性個(gè)體左側(cè)中腦的傳出連接強(qiáng)于雄性個(gè)體。由于靜息態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接強(qiáng)度與對(duì)應(yīng)功能的工作效能成正相關(guān),這一結(jié)果與雌性在繁殖期由于繁殖成本較高而須對(duì)外界刺激更為敏感的需求一致。(3)在不同活躍階段,仙琴蛙的靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)并沒有發(fā)生顯著變化,說明仙琴蛙無論在活躍期還是在相對(duì)靜止期,均對(duì)外界環(huán)境保持較高警覺,與其生存繁殖的需求相匹配。這些結(jié)果表明,仙琴蛙的靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)與其聽覺感知功能相關(guān)聯(lián),并且具有性二型和不隨活躍狀態(tài)改變的穩(wěn)定性。這些特征與仙琴蛙生存和繁殖的需求息息相關(guān),且與哺乳動(dòng)物類似,表明靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)是四足動(dòng)物普遍存在的大腦特征之一。
相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在期刊Neuroscience上 (Xue et al., 2016 Neurosci 334: 332–340).