[科普中国]-局部神经活动的时空一致性

时空一致性概念

新近的研究表明，脑功能获得既是网络的，也是局部的，两者的有机结合成就了大脑的丰富功能。为了界定特定脑区的局部活动，人们提出了特定信号具有局部一致性的假设。据此，已有大量研究者通过功能磁共振成像技术，研究静息态下的脑功能活动情况，并发展了多种相关刻画方法，如局部一致性ReHo (regional homogeneity) (Zang, Jiang, Lu, He, & Tian, 2004)、整合局部相关ILC (Integrated local correlation) (Deshpande, LaConte, Peltier, & Hu, 2009)以及局部功能连接密度FCD(local functional connectivity density) (Tomasi & Volkow, 2010)等。这些指标都强调了局部脑区活动的时间一致性，忽略了可能存在于相邻时间段内的局部脑区神经活动的空间相关性。最近Dong等提出局部脑功能活动可能体现出时-空两方面的一致性特征 (Dong et al., 2014)， 即局部体素的时间相关和局部体素在相邻时间点的空间相关。基于这一假设，Dong等提出了一个新的指标，即局部神经活动时-空四维一致性(FOur-dimensional (spatio-temporal) Consistency of local neural Activities, FOCA)去整合局部时空信息(Dong, et al., 2014)。

fMRI数据中的时空一致性针对三组功能磁共振成像实验数据[静息态实验(33例被试)、静息态重测性实验(16例被试)和运动执行任务实验(26例被试)]进行了FOCA分析。在静息态下(实验1)，研究发现双侧额下回、额中回、角回、楔叶及楔前叶等脑区的FOCA值较高; 实验2证实了FOCA在个体内(相关系数约0.8)和个体间(相关系数约0.6)都有较好的稳定性和可重复性；在实验3中，相比于静息态，在运动前回与舌回等脑区，运动执行任务下FOCA值有显著增加。这些结果表明，大脑神经活动确实存在局部的时-空四维一致性。

时空一致性指标的意义以上结果表明，时空一致性指标（FOCA）能提供有用的神经活动信息，以帮助我们进一步理解脑功能。同时，FOCA作为一个新指标，也需要在更多的应用研究中加以评估和完善。