【睡眠周期是多久】睡眠周期中大脑功能性计算机的解剖

2020-07-05 - 睡眠周期

人脑是一个复杂的系统,包含1010个在1015个位点(突触)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水平,令人惊讶的是,大脑的整体动力学会自组织成一组离散的明确定义的状态。

这些状态通常沿一维连续体放置。该连续体对应于意识水平,在睡眠,全身麻醉或昏迷后疾病等状态下意识水平降低。"意识水平"概念背后的直觉是意识是等级和统一的。

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此概念的替代方法是使用计算模型重现潜在的神经动力学,根据认知能力对大脑状态进行多维和力学表征。

这是在NeuroImage高级在线版上发表的一项研究的重点。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IgnacioPérezIpiña,他得到了信息与通信技术系(DTIC)ICREA研究教授Gustavo Deco和UPF的大脑与认知中心(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。

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实验方案涉及63名健康受试者的队列。这组作者声称:"我们通过引入半经验模型来探索这种替代方法,该模型将自然唤醒-睡眠周期研究的不同大脑状态中的区域激活与远程功能连接联系在一起。"他们补充说:"我们的模型结合了功能磁共振成像(fMRI)数据,体内对结构连通性的估计以及解剖学先验,以限制区域激活的独立变化。"

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自从神经病学最早以来,就已经知道人脑在认知过程中被差异激活的系统中的功能分离,并且通过引入非侵入性神经成像工具大大提高了这一知识。由于这种专长,即使不同的大脑状态导致大脑代谢的整体变化,这些变化的功能后果也可能表现出区域依赖性。因此,Gustavo Deco澄清说:"我们针对唤醒深度睡眠过程中不同级别的唤醒进行了功能连接的计算仿真"。

使用基于功能相干网络的先验方法,可以对经验数据进行最佳的计算拟合,结果模型参数将皮层划分为表现出相反动态行为的区域。在这项研究中,前额叶区域在由噪声控制的固定点处接近动力学分支,而感觉运动区则从振荡动力学接近分支。

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