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科技日報記者 吳長鋒
記者21日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校心理學(xué)系何曉松特任研究員等通過將單側(cè)顳葉癲癇作為損傷模型，結(jié)合彌散加權(quán)成像和正電子發(fā)射斷層掃描等多模態(tài)影像技術(shù)，揭示了患者大腦中控制能量消耗異常與葡萄糖代謝異常的關(guān)聯(lián)，為網(wǎng)絡(luò)控制理論在心理學(xué)和腦科學(xué)研究中的應(yīng)用提供了潛在的生理基礎(chǔ)。研究成果日前發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。
作為重量占比僅2%的人體器官，大腦需要消耗超過人體日均能耗20%的能量以驅(qū)動其動態(tài)活動，行使日常功能。那么，這種生物學(xué)形式的能量消耗，如葡萄糖代謝，是否與工程學(xué)意義上的“控制能量”存在聯(lián)系？
為了回答這個問題，研究團隊基于顳葉癲癇患者和健康對照的大腦結(jié)構(gòu)連接網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)控制理論模擬了兩種具有代表性的大腦動態(tài)進(jìn)程，并估算了這些進(jìn)程中大腦所需消耗的控制能量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，患者在模擬邊緣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（癲癇發(fā)作和傳播的核心區(qū)域）激活過程中所需消耗的控制能量顯著高于健康對照組，并且這種能效異常與患者致癇灶的偏側(cè)化高度一致。在患側(cè)海馬、杏仁核等7個邊緣系統(tǒng)腦區(qū)，患者大腦需要消耗更多的控制能量以維系預(yù)定的大腦動態(tài)進(jìn)程。
通過正電子發(fā)射斷層掃描技術(shù)，證實這些腦區(qū)的基線葡萄糖代謝水平與控制能量消耗水平呈負(fù)相關(guān)，這也意味著，想要達(dá)到同等激活水平，更低的代謝基線可能會帶來更高的能量需求，并可通過控制能量這一指標(biāo)量化。尤其是在海馬，更高的結(jié)構(gòu)萎縮與更低的基線葡萄糖代謝及更高的控制能量消耗相關(guān)，并且葡萄糖代謝水平可以完全中介結(jié)構(gòu)萎縮與控制能量消耗二者間的聯(lián)系。這也提示，海馬結(jié)構(gòu)損害可能帶來基線葡萄糖代謝的降低，并最終導(dǎo)致在維系大腦動態(tài)進(jìn)程時更高的能耗成本。
這一成果首次為“控制能量”提供了潛在的生理性解釋，為網(wǎng)絡(luò)控制理論在心理學(xué)和腦科學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
?（中國科大供圖）
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