功能性脑连接组中模块性与反模块性的共存

大脑需要不同区域之间的协调来执行认知任务，这种协调可能同时涉及正相关和负相关。这些相关性的拓扑结构可能揭示特定状态下脑功能运作的潜在机制。在此，我们利用公开可获得的脑电图（EEG）数据，研究了相对于静息态而言，各种认知任务状态下正相关和负相关功能连接组（functional connectomes, FCs）的变化。将脑电图特异性的皮层拓扑区域视为拓扑模块（topographical modules, TMs）后，我们发现，由正相关构成的功能连接网络（G+）具有模块化特征。相比之下，负相关网络（G-）则表现出反模块化特征，即拓扑模块之间的连接多于模块内部的连接，并且与整体拓扑效率的提升相关。这些功能网络在不同频段和脑状态之间也表现出变异性。在低频δ频段中，静息态表现出高于任务态的模块化和反模块化；相反，在高频γ频段中，任务态下的模块化和反模块化远高于静息态。对所有网络进行的k-核分析进一步揭示了差异：在所有状态下，G+较G-具有更强的层级性和稳健性。此外，在所有频段中，任务态网络始终比静息态网络更具层级性。在高频γ频段中，任务态网络也显著比静息态网络更稳健。这些网络在其最内层核组成部分的拓扑结构上也存在差异：在高频γ频段中，G+的最内层核区域在空间上呈局部化分布，且连接方式近似随机，在不同受试者中主要位于脑后部区域；而G-的最内层核区域则在空间上呈非局部化分布，覆盖脑区最前部和最后部，并且在所有频段中始终保持反模块化特征。总体而言，我们的分析揭示了功能专门化拓扑模块在模块化组织之外还存在反模块化组织，并指出了任务态与静息态在其拓扑结构上的差异。

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