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心理学部教授团队在《Cerebral Cortex》上发文揭示了脑岛亚区的功能连接和调节机制

发布时间:2022-05-06 来源: 作者:何清华 审核:雷旭   浏览次数:


202253日,知名神经科学期刊《Cerebral Cortex》在线发表了西南大学心理学部何清华教授团队的成果“How distinct functional insular subdivisions mediate interacting neurocognitive systems”。该成果运用多模态磁共振技术,探索了脑岛的三个功能亚区在静息态与任务态中如何调节相互协同与对抗的认知神经系统。研究发现背侧前脑岛与执行控制相关的前额叶等脑区有更强的功能连接,腹侧前脑岛与社会情绪等相关的杏仁核-纹状体奖赏驱动环路的功能连接更强,而后脑岛主要负责接受、整合躯体感觉与运动相关的内感受信号。

 

脑岛已被证明参与到各种不同的认知加工过程(如:决策,抑制控制,成瘾)。躯体信号认知神经模型认为,脑岛主要负责1)调节接受内感受躯体信号,然后将这些内感受信号加工转换为主观感受、情绪经验与冲动自我意识;2)根据内感受得到的自我主观经验可以增强/削弱执行控制与奖赏驱动相关的神经环路活动,从而影响个体的决策行为。具体而言,各种表征生理状态的内感受传入信号首先汇聚在脑岛后部,并被加工整合为躯体标记,这些躯体标记随后传递至脑岛前部。其中,背侧脑岛信号参与到中央执行控制相关网络的高级认知加工活动,而腹侧脑岛信号涉及到边缘系统网络的社会情绪加工与自主功能。

 

为了证明以上观点,该研究首先采集了120名在校大学生的静息态磁共振数据,并定量分析了各脑岛分区的功能连接模式与差异;然后研究招募了37名志愿者完成了爱荷华赌博任务的功能磁共振扫描,进一步探索脑岛功能连接模式与认知表现的神经相关性。最后,研究利用了一项264名的大样本的公开独立数据集验证了以上结论的可靠性。

 

1:基于静息态的脑岛功能连接模式图

 

研究结果表明,与躯体标记认知神经假说一致,脑岛分区具有完全不同的功能连接模式:背侧前脑岛主要与前额叶执行控制脑区(DLPFC, VLPFCdACC)强相关,腹侧前脑岛主要与杏仁核-纹状体奖赏脑区(AMG, OFC, sgACCrACC)强相关,而后脑岛与感觉运动脑区(SI, SIISMA)强相关。值得注意的是,脑岛-纹状体连接在静息态与任务态功能连接方面表现出相反的结果:腹侧纹状体在静息态时与背侧前脑岛强相关,而在任务态时与腹侧前脑岛强相关。认知-脑岛连接相关分析表明,脑岛连接模式随着认知表现增高而增强。结合爱荷华赌博任务行为表现与脑岛连接模式结果表明,脑岛的不同分区在认知加工过程中发挥着不同的神经调节作用。这些发现对拓展理解脑岛的神经调节机制,对探索临床神经干预研究都具有重要意义。

 

2:基于任务态的脑岛功能连接模式及其与任务表现的关系

 

论文第一作者为西南大学毕业研究生赵海潮,通讯作者为何清华教授,主要合作者包括墨尔本大学Turel教授,以及美国南加州大学Bechara教授。该研究得到了国家自然科学基金(31972906),重庆市自然科学基金(cstc2020jcyj-msxmX0215),认知神经与学习国家重点实验室开放研究基金(CNLZD2102)及高端海外专家引进项目(G20190022029)等的资助。

 

论文链接:

https://doi.org/10.1093/cercor/bhac169

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