摘要
研究人员基于960名受试者绘制了人脑连接网络，揭示了快速与缓慢的神经活动如何通过结构连接协同运作，从而支撑复杂行为。研究发现，大脑各区域处理信息的“内在时间尺度”并非孤立存在，而是由白质通路所塑造，这些通路负责在全脑范围内分配和整合信号。那些大脑连接结构更契合区域信息处理节奏的人，在不同行为相关脑状态之间切换得更高效。
进一步分析显示，这种快慢整合模式与遗传、分子和细胞特征密切相关，并在小鼠数据中同样存在，表明其具有跨物种的稳定性。研究结果揭示了大脑结构、信息处理速度与认知能力之间的关键机制联系。
关键要点
内在时间尺度：不同脑区在各自的特征时间窗口内运作，从快速感官反应到缓慢信息整合不等。
结构性整合：白质连接将这些区域联结起来，使不同节奏的信息得以协同支持行为。
个体差异：连接结构更利于跨时间尺度沟通的人，通常表现出更强的认知能力。
来源：罗格斯大学
人类大脑持续处理着多种时间层级的信息：既要对瞬间的环境变化作出反应，也要在更长时间尺度上理解背景、意义和目标。罗格斯大学健康研究中心发表在《自然通讯》上的一项研究，揭示了大脑如何依赖白质连接，将这些不同速度的神经信号整合为统一的认知与行为输出。
研究指出，大脑各区域在处理信息时具有各自偏好的时间窗口，这一特性被称为“内在神经时间尺度”。有的区域擅长快速更新感官信息，而有的区域则更适合缓慢地整合和评估信号。
“为了通过行动影响世界，大脑必须将不同时间尺度上的信息融合在一起，”罗格斯健康学院精神病学助理教授、研究高级作者林登·帕克斯表示，“白质连接正是实现这种跨区域信息共享的关键基础。”
为揭示这一机制，研究团队分析了960名个体的多模态脑成像数据，构建了精细的大脑连接图谱，并借助描述复杂系统动态变化的数学模型，追踪信息在神经网络中的传播方式。
帕克斯指出，这项研究首次通过直接模拟脑区之间的结构连接，解释了局部信息处理如何扩展到全脑层面，并最终塑造行为表现。
研究结果显示，神经时间尺度在大脑皮层中的整体分布方式，会影响大脑在多种与行为相关的大规模活动模式之间切换的效率，而且这种组织方式在个体之间存在明显差异。
“信息处理速度的差异，可能正是人们认知能力不同的重要原因之一，”帕克斯说。
此外，研究人员还发现，这些时间尺度和连接模式与大脑区域的遗传、分子及细胞特征相呼应。在小鼠大脑中也观察到了类似关系，说明这一机制在进化过程中具有高度保守性。
“我们的研究强调了白质连接与局部神经计算特性之间的深层联系，”帕克斯表示，“当大脑结构更好地匹配不同区域处理快慢信息的需求时，整体认知表现往往更出色。”
基于这些发现，研究团队正将工作拓展至精神分裂症、双相情感障碍和抑郁症等神经精神疾病领域，探索大脑连接异常如何扰乱信息流动并影响认知功能。
来源：neurosciencenews（编译 / 整理：olaola）
图片来源：unsplash/Stefano Bucciarelli