近日，首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院趙國光教授團隊，聯(lián)合北京腦中心崔再續(xù)研究員團隊，在《Nature Communications》期刊上發(fā)表了題為“Intracranial electrophysiological and structural basis of BOLD functional connectivity in human brain white matter”的研究論文，該研究發(fā)現(xiàn)大腦白質(zhì)BOLD功能連接與白質(zhì)SEEG功能連接在各頻帶范圍內(nèi)高度相關，首次為白質(zhì)BOLD功能連接提供了顱內(nèi)電生理和結構基礎的證據(jù)。北京腦科學與類腦研究中心副研究員黃亞麗、宣武醫(yī)院神經(jīng)外科副教授魏鵬虎及北腦博士生徐龍洲為共同第一作者，宣武醫(yī)院趙國光教授和北京腦科學與類腦研究中心崔再續(xù)研究員為文章共同通訊作者。

內(nèi)容介紹|Overview

功能磁共振成像(fMRI)技術已被廣泛用于人腦神經(jīng)活動的定位，以往的研究主要關注腦灰質(zhì)功能，而普遍忽略白質(zhì)的功能信號。最近的研究表明，腦白質(zhì)的fMRI血氧水平依賴(BOLD)信號在靜息態(tài)和特定任務態(tài)下呈現(xiàn)不同模式，可能與潛在的神經(jīng)活動有關，且白質(zhì)BOLD信號的功能連接形成了穩(wěn)定的網(wǎng)絡結構。但白質(zhì)BOLD功能連接是否反映底層的顱內(nèi)白質(zhì)電生理信號的同步及其結構基礎尚不清楚。

趙國光教授、崔再續(xù)研究員團隊長期從事腦成像和顱內(nèi)腦電的腦網(wǎng)絡研究。團隊研究分析了16名難治性癲癇患者的多模態(tài)腦影像和顱內(nèi)電極(SEEG)數(shù)據(jù)，構建了腦白質(zhì)的顱內(nèi)腦電(SEEG)功能連接、BOLD功能連接以及基于白質(zhì)纖維的結構連接，發(fā)現(xiàn)了大腦白質(zhì)BOLD功能連接與白質(zhì)SEEG功能連接在各頻帶范圍內(nèi)均高度相關，表明了白質(zhì)BOLD功能連接具有底層的神經(jīng)電生理基礎，并且白質(zhì)BOLD功能連接與不同頻段下SEEG功能連接呈現(xiàn)正相關，且絕大部分經(jīng)過多重比較矯正后相關性仍保持顯著。進一步分析表明，白質(zhì)的BOLD和SEEG功能連接均與其結構連接顯著相關且在不同被試間表現(xiàn)出穩(wěn)定的可重復性，證明了功能連接受結構連接約束(圖)。

該工作首次為白質(zhì)BOLD功能連接提供了顱內(nèi)電生理和結構基礎的證據(jù)，表明白質(zhì)BOLD功能連接反映底層的神經(jīng)元集群局部場電位信號的同步，并受到結構連接基礎的限制。研究結果為從白質(zhì)連接角度研究人類認知及各類神經(jīng)精神疾病奠定了重要基礎。

圖 ：BOLD和SEEG白質(zhì)功能連接的白質(zhì)纖維結構連接基礎

該研究得到了國家自然科學基金(No. 82030037、81871009)和科技創(chuàng)新2030-腦科學與類腦研究項目(2022ZD0211300)等項目資助。范德堡大學丁肇華教授和印第安納大學于美辰教授對研究提供了幫助。

主要研究者簡介

趙國光

主任醫(yī)師，教授

博士研究生導師

現(xiàn)任首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院院長、首都醫(yī)科大學第一臨床醫(yī)學院院長、國家神經(jīng)疾病醫(yī)學中心主任、國家老年疾病臨床醫(yī)學研究中心主任、國家衛(wèi)健委腦損傷評價與質(zhì)控中心主任、宣武醫(yī)院神經(jīng)外科立體定向與功能性腦病中心主任。趙國光教授長期從事藥物難治性癲癇、三叉神經(jīng)痛、面肌痙攣等顱神經(jīng)及功能性疾患，以及疑難性腦病立體定向活檢/診療研究。于2003-2004在意大利米蘭大學Niguarda醫(yī)院癲癇治療中心研修SEEG與癲癇外科，歸國后按照國際標準，建立和培養(yǎng)了一支融合神經(jīng)外科、神經(jīng)內(nèi)科、放射科、神經(jīng)科學、人工智能與腦機接口相互融合的學科體系。發(fā)表文章80余篇，其中單篇最高影響因子72.427分。主持“科技創(chuàng)新2030--腦科學與類腦研究重大項目研究”(資助1.35億)及其他國家級重點攻關計劃4項。主編或主譯著作5部。主要學術兼職有：中國醫(yī)師協(xié)會神經(jīng)外科分會副會長、中國抗癲癇協(xié)會副會長、中國卒中協(xié)會副會長、國家神經(jīng)外科手術機器人專家指導委員會主任委員、中國抗癲癇協(xié)會立體定向腦電圖與定位學專業(yè)委員會主任委員、中國認知科學學會常務理事等。

崔再續(xù)

北京腦科學與類腦研究中心研究員，博士生導師

曾于北京師范大學腦與認知科學研究院獲得博士學位，在賓夕法尼亞大學從事博士后研究。關注腦結構與功能網(wǎng)絡組織原則及其在兒童青少年階段的正常及異常發(fā)育規(guī)律，以第一/通訊作者(含并列)發(fā)表研究于Neuron, Nature Communications, eLife, Biological Psychiatry 等期刊，開發(fā)彌散磁共振成像數(shù)據(jù)處理軟件PANDA。入選國家高層次人才青年項目，北京市科技新星，APS Rising star。主持科技部科技創(chuàng)新2030-“腦科學與類腦研究”青年科學家項目。

黃亞麗

博士

2015年6月博士畢業(yè)于北京理工大學電子科學與技術專業(yè)。2016年11月赴美訪學，參與美國范德堡大學影像科學研究所腦白質(zhì)功能信號研究項目。2021.6-2023.2期間在北京腦科學與類腦研究中心崔再續(xù)實驗室從事腦影像數(shù)據(jù)分析，及其在兒童青少年腦發(fā)育和腦疾病方面的應用研究工作。研究方向：多維度信號數(shù)據(jù)的時域、頻域和空域處理、特征提取，模式識別和信息挖掘;腦白質(zhì)fMRI信號分析及在腦發(fā)育和腦疾病中的應用。

魏鵬虎

神經(jīng)外科副教授，國家神經(jīng)疾病醫(yī)學中心科研轉(zhuǎn)化部副主任

首都醫(yī)科大學癲癇臨床診療與研究中心常委兼秘書，中國抗癲癇協(xié)會立體定向腦電圖與腦定位學專業(yè)委員會秘書、中國抗癲癇協(xié)會青年委員、北京醫(yī)學會神外分會轉(zhuǎn)化醫(yī)學組委員、“Seizure”、“Frontiers of Neurology”審稿專家，為國家神經(jīng)外科手術機器人專家指導委員會成員，2018年曾隨腦機接口提出者、杜克大學Miguel A. Nicolelis教授研習“腦機接口與腦網(wǎng)絡”，入選市“青苗”人才、北京市屬高校教師隊伍優(yōu)秀青年人才。主持國自然、北京市自然重點等項目，在Nature communications, Science bulletin, NeuroImage等雜志發(fā)表英文論文20余篇，其中，單篇最高IF 20.577分。擅長藥物難治性癲癇的診療與神經(jīng)調(diào)控，癲癇網(wǎng)絡的定量化定位分析、癲癇網(wǎng)絡的多模態(tài)評估、癲癇連接組學的臨床應用。

徐龍洲

北京師范大學心理學-北京腦科學與類腦研究中心聯(lián)合培養(yǎng)項目在讀博士

導師崔再續(xù)。本科畢業(yè)于山東科技大學應用物理專業(yè)，碩士畢業(yè)于蘭州大學物理科學與技術學院理論物理專業(yè)統(tǒng)計物理與復雜系統(tǒng)方向。目前的研究方向是結合顱內(nèi)腦電記錄、直接電刺激以及多模態(tài)磁共振神經(jīng)影像研究大腦的結構-功能關系，研究內(nèi)容包括：顱內(nèi)腦電降噪與事件檢測，白質(zhì)BOLD信號與電生理信號的關系，以及通過直接電刺激研究大腦的結構-功能關系。