生物医学网络科学Biomedical Network Science
动态功能连接与多层脑网络20 / 21

生物医学应用

阅读
约 2 分钟

动态与多模态网络分析最直接的临床愿景,是为神经调控提供靶点和时机。例如在闭环深部脑刺激、经颅磁刺激研究中,研究者希望根据实时的网络状态(如某个连接模式或振荡同步出现时)决定何时、在何处施加刺激。这要求网络指标不仅在组水平显著,还要在个体、单次记录层面可靠——恰好是有限样本波动和重测信度两部分讨论的难点。电生理(EEG/MEG、颅内记录)的毫秒级时间分辨率使它比 fMRI 更适合这种实时用途。

第二个方向是疾病机制与中间表型。精神分裂症的连接状态与灵活性研究(Damaraju 等, 2014;Braun 等, 2016;Du 等, 2018)、抑郁症的连接变异研究(Kaiser 等, 2016)显示,静态分析中相互矛盾的结果(同一对脑区既有“增强”又有“减弱”的报告)有时可以在“只在某些状态中出现差异”的框架下得到解释;药理学实验(如 NMDA 受体拮抗剂对灵活性的影响)则把动态指标与分子机制联系起来。

第三个方向是发育与老化:耦合与动态指标的年龄轨迹(Hutchison & Morton, 2015;Baum 等, 2020;Cabral 等, 2017;Battaglia 等, 2020)为理解认知发展与认知衰退提供了网络层面的描述。

另一个方向是个体化脑网络:与其把所有人对齐到同一个图谱再求平均,不如对每个人长时间、多次扫描(“精密功能成像”),描绘个体自己的功能网络边界。这类研究显示,个体之间功能系统的位置和大小差异显著,这对基于图谱的节点定义提出了新的挑战;它也直接提高了动态指标的个体信度。

使用动态连接的研究至少应包括:(1)预先确定的窗长或状态数,并做敏感性分析;(2)与相位随机化或 AR 替代数据的比较;(3)把头动、清醒程度(如可获得)作为协变量;(4)报告关键动态指标的重测信度或分半信度;(5)尽量在第二种方法或独立样本中复现主要结果。