睡眠周期中大脑的计算机解剖功能

人脑是一个复杂的系统，包含 1010 个在 1015 个位点(突触)中相互作用的非线性单元(神经元)。考虑到如此惊人的复杂性和异质性，令人惊讶的是大脑的全局动态自组织成一组离散的明确定义的状态。

这些状态经常沿着一维连续体放置。这种连续统一体对应于意识水平，意识水平在睡眠、全身麻醉或昏迷后障碍等状态下会降低。“意识水平”概念背后的直觉是意识是分级和统一的。

这个概念的另一种选择是在认知能力方面对大脑状态进行多维和机械表征，使用计算模型来再现潜在的神经动力学。

这是发表在《神经影像》杂志高级网络版上的一项研究的重点。在这项国际研究中，第一作者是布宜诺斯艾利斯大学物理系研究员 Ignacio Pérez Ipiña，他与 ICREA 信息与通信技术系 (DTIC) 研究教授 Gustavo Deco 以及UPF 大脑与认知中心 (CBC) 主任，以及来自德国、阿根廷、澳大利亚、智利、丹麦和英国的研究中心和大学的其他研究人员。

实验方案涉及一组 63 名健康受试者的参与。“我们通过引入一个半经验模型来探索这种替代方案，该模型将在自然唤醒-睡眠周期中研究的不同大脑状态中的区域激活和远程功能连接联系起来，”作者声称。“我们的模型结合了功能性磁共振成像 (fMRI) 数据、体内结构连通性估计和解剖学先验知识，以限制区域激活的独立变化，”他们补充道。

人类大脑在认知过程中被不同激活的系统的功能隔离从神经学的早期就已经为人所知，并且通过引入非侵入性神经成像工具极大地推进了这一知识。由于这种专业化，即使不同的大脑状态带来大脑新陈代谢的整体变化，这些变化的功能后果也很可能表现出区域依赖性。因此，“我们对唤醒-深度睡眠过程中不同程度的唤醒进行了功能连接的计算模拟，”Gustavo Deco 澄清道。