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功能连接分析往往将从邻近皮层位置采样得到的信号视为可相互替代，尽管灰质—白质边界处存在解剖学和血流动力学上的过渡。我们检验了采样位置是否构成宏观尺度功能组织中一个对状态敏感的维度。在176名来自人类连接组计划的青年成人中，每名受试者均完成了4次7 T静息态扫描和4次观影任务扫描；我们从受试者特异性的中层皮层表面与灰质—白质边界表面提取BOLD时间序列，将其汇总至400个皮层分区，并嵌入到一个共同的功能梯度空间中。观影使两种表面之间在主梯度上的分离减小，但这种效应在空间上具有异质性：视觉网络、边缘网络和默认网络趋于收敛，而显著性/腹侧注意皮层则表现出分化。Shapley分解和反事实分析表明，这种状态变化反映的是两种表面表征的协同重构，而非某一表面向另一表面靠近。原始连接谱的变化与梯度变化相一致，表明该结果并非仅由嵌入过程引入。两种表面在观影期间也均表现出受刺激锁定的被试间功能连接。然而，刺激共享的分离仅捕捉了观影状态组织的一部分，且不能解释观影态相对于静息态的变化。最后，在172名匹配参与者中，静息态分离图可从7 T推广至3 T，而其绝对幅度和跨磁场强度的个体排序则稳定性较差。这些发现确立了皮层采样位置作为功能连接几何中一个可解释的测量维度。其空间组织在不同采集条件下具有可重复性，但其幅度及状态依赖性会发生变化，这强调了相对于皮层边界在何处采样BOLD信号，能够影响关于宏观尺度脑组织的结论。
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摘要
功能连接分析常常将从邻近皮层位置采样得到的信号视为可互换，尽管灰—白质边界处存在解剖学和血流动力学上的过渡。我们检验了采样位置是否构成宏观尺度功能组织中一个对状态敏感的维度。在 176 名来自人类连接组计划的青年成人中，每位受试者均完成了 4 次 7 T 静息态扫描和 4 次电影观看扫描；研究从受试者特异性的中厚度表面和灰—白质边界表面提取 BOLD 时间序列，并在 400 个皮层分区上进行汇总，随后嵌入到一个共同的功能梯度空间中。电影观看降低了两种表面之间在主梯度上的分离程度，但这一效应在空间上具有异质性：视觉网络、边缘网络和默认网络趋于收敛，而显著性/腹侧注意皮层则发生分化。Shapley 分解和反事实分析表明，这种状态变化反映的是两种表面表征的协调性重构，而不是其中一种表面向另一种表面靠近。原始连接谱中的变化与梯度变化相一致，说明该结果并非仅由嵌入过程引入。两种表面在电影观看期间还均表现出与刺激锁定的被试间功能连接。然而，由刺激共享所导致的分离仅捕获了电影状态组织的一部分，且不能解释电影相较静息状态的变化。最后，在 172 名匹配受试者中，静息态分离图可从 7 T 泛化到 3 T，而其绝对幅值以及跨场强的个体排序则稳定性较低。这些发现确立了皮层采样位置作为功能连接几何结构中一个可解释的测量维度。其空间组织在不同采集条件下具有可重复性，但其幅值及其状态依赖性会发生变化，这强调了相对于皮层边界在何处采样 BOLD 信号，能够影响关于宏观尺度脑组织的结论。
利益冲突声明 已声明资助信息 美国国立卫生研究院（NIH） R01 NS113832 R01 NS129855
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发布于 2026 年 7 月 19 日。 下载 PDF
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功能连接梯度依赖于皮层采样位置和脑状态
Muwei Li， Zhaohua Ding， John C Gore
bioRxiv 2026.07.14.738484； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.14.738484
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功能连接梯度依赖于皮层采样位置和脑状态
Muwei Li， Zhaohua Ding， John C Gore
bioRxiv 2026.07.14.738484； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.14.738484
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.14.738484v1?rss=1
🏷️ 功能连接梯度 皮层采样位置 静息态fMRI 观影任务 BOLD信号 脑状态依赖性