基于任务的功能磁共振成像（task-based fMRI）传统上主要通过 BOLD 激活的空间模式来表征认知参与，而任务是否也会沿频率维度组织脑活动则仍了解不足。在此，我们检验了具有时间结构的注意过程是否通过对持续性皮层活动施加频率特异性的组织，从而重塑超慢 BOLD 动力学。基于三个相互独立的 fMRI 数据集，我们发现任务时序系统性地塑造了 BOLD 功率谱。在主要的视觉注意数据集中，周期性刺激在 0.083 Hz 和 0.125 Hz 处产生了尖锐的、与刺激锁定的谱峰，同时任务相关频率范围内的功率增加，而任务无关频率范围内的功率降低。独立的听觉和视觉运动 fMRI 数据集在各自的时间尺度上也显示出类似的任务频率对齐现象，表明这一效应可推广至不同的任务模态和刺激频率。重要的是，与刺激锁定的谱峰在空间上与基于广义线性模型（GLM）得到的激活相关，但在去除 GLM 建模的反应之后仍然存在，这表明 BOLD 的频率特异性组织并不能完全还原为传统的任务诱发激活。这些谱特征具有功能信息价值：任务特异性频率能够区分认知状态、预测个体反应时，并且相较于更宽泛的频谱范围或基于 GLM 的特征，更有效地在重复扫描中保留被试特异性签名。最后，耦合 Balloon-Windkessel 血流动力学模型的 Jansen-Rit 神经群体模拟重现了与刺激锁定的 BOLD 谱峰的出现，并表明其表达依赖于兴奋性、抑制性和滤波增益处于平衡的机制状态，而非外部输入的简单放大。综上，这些发现表明，任务态 fMRI 所揭示的不仅是区域定位，还包括具有时间结构的任务参与如何在任务特异性和任务非特异性时间尺度上组织超慢脑动力学。
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基于任务的 fMRI 传统上通过 BOLD 激活的空间模式来表征认知参与，而任务是否也会沿频率维度组织脑活动则尚未得到充分理解。在此，我们检验了时间结构化的注意是否通过对持续性皮层活动施加频率特异性的组织，从而重塑超慢速 BOLD 动力学。在三个彼此独立的 fMRI 数据集中，任务时序系统性地塑造了 BOLD 功率谱。在主要的视觉注意数据集中，周期性刺激在 0.083 Hz 和 0.125 Hz 处产生了尖锐的、与刺激锁定的峰值；同时，任务相关频率范围内的功率增加，而任务无关频率范围内的功率降低。独立的听觉和视觉运动 fMRI 数据集在各自的时间尺度上表现出类似的任务—频率对齐现象，表明这一效应可推广至不同任务模态和刺激频率。重要的是，与刺激锁定的频谱峰在空间上与基于 GLM 导出的激活相关，但在去除由 GLM 建模的反应后仍然存在，这表明 BOLD 的频率特异性组织并不能完全还原为传统的任务诱发激活。这些频谱特征具有功能信息价值：任务特异性频率能够区分认知状态、预测个体反应时间，并且相较于更宽泛的频谱范围或基于 GLM 的特征，更有效地在重复扫描中保留被试特异性特征。最后，耦合至 Balloon-Windkessel 血流动力学模型的 Jansen-Rit 神经质量模拟再现了与刺激锁定的 BOLD 峰的出现，并表明其表达依赖于兴奋性、抑制性及滤波增益机制之间的平衡状态，而非外部输入的简单放大。综上，这些发现表明，任务 fMRI 揭示的不仅是区域定位，还包括时间结构化的任务参与如何在任务特异性和任务非特异性时间尺度上组织超慢速脑动力学。
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已声明的资助信息
中国国家自然科学基金 ，62177035 ，32471101 四川省科学技术计划 ，2024NSFSC2086 加拿大全球—英国人工智能倡议 ，ES/T01279X/1
版权
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发表于 2026 年 5 月 29 日。 下载 PDF 电子邮件
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任务参与的时间结构组织超慢速 BOLD 动力学
Yujia Ao， Mingjun Chi， Yasir Catal， Zirui Huang， Chao Wang， Xue Mei Song， Zixiao Liu， Xi-Nian Zuo， Yifeng Wang， Georg Northoff
bioRxiv 2026.05.27.727996； doi： https://doi.org/10.64898/2026.05.27.727996
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任务参与的时间结构组织超慢速 BOLD 动力学
Yujia Ao， Mingjun Chi， Yasir Catal， Zirui Huang， Chao Wang， Xue Mei Song， Zixiao Liu， Xi-Nian Zuo， Yifeng Wang， Georg Northoff
bioRxiv 2026.05.27.727996； doi： https://doi.org/10.64898/2026.05.27.727996
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.05.27.727996v1?rss=1
🏷️ 任务态fMRI BOLD功率谱 超慢脑动力学 频率特异性组织 注意过程 神经群体建模