不同任务中的结构约束内在时间尺度

内在神经时间尺度（intrinsic neural timescale，INT）量化自发神经动力学的持续性，并为刻画全脑时间组织提供了一种具有理论依据的指标。尽管静息状态下的INT层级结构已得到确立，但任务参与如何重构这一组织形式，以及其如何受到结构连接组（structural connectome，SC）约束，仍缺乏充分理解。在本研究中，我们利用人类连接组计划（Human Connectome Project）的高分辨率功能磁共振成像（fMRI）数据，系统描绘了静息状态及涵盖工作记忆、赌博、运动、语言、社会、关系和情绪等领域的七项任务中的全脑INT。任务参与引发了INT稳健且具有区域异质性的变化，同时在很大程度上保留了不同认知状态下的全脑时间层级结构。SC与INT之间的耦合仍然较强，但在任务期间持续减弱，这表明解剖结构仍对INT构成约束，尽管其影响在任务需求下有所减弱。为从机制层面探究这些发现，我们采用了多尺度全脑神经元网络模型。模型结果显示，INT在一个较宽的类临界状态区间内增加并达到峰值。正如实证结果所观察到的那样，强SC-INT耦合出现在亚临界状态区间；随着网络兴奋性的增强，该耦合逐渐减弱，并在超临界状态区间发生反转。这些结果表明，任务参与会重构INT，同时维持其层级组织结构，提示静息状态和任务状态在很大程度上均运行于一个共同的亚临界动力学区间内。

内在神经时间尺度（intrinsic neural timescale，INT）量化自发神经动力学的持续性，为刻画全脑时间组织提供了一种具有理论依据的指标。尽管已有研究在静息状态下确立了INT的层级结构，但任务参与如何重构这一组织，以及其如何受到结构连接组（structural connectome，SC）约束，仍缺乏充分认识。在本研究中，我们利用人类连接组计划（Human Connectome Project）的高分辨率功能磁共振成像数据，系统绘制了静息状态以及涵盖工作记忆、赌博、运动、语言、社会、关系和情绪等领域的七项任务期间的全脑INT图谱。任务参与诱发了稳健且具有区域异质性的INT变化，同时在很大程度上保留了不同认知状态下的全脑时间层级结构。SC与INT之间的耦合仍然较强，但在任务期间始终呈下降趋势，这表明解剖结构仍持续约束着INT，尽管其影响在任务需求下有所减弱。为从机制层面探究这些发现，我们采用了多尺度全脑神经元网络模型。模型结果显示，INT在一个宽广的类临界状态区间内增加并达到峰值。正如实证结果所观察到的那样，强SC-INT耦合出现在亚临界状态区间；随着网络兴奋性的增强，SC-INT耦合逐渐减弱，并在超临界状态区间发生反转。这些结果表明，任务参与能够重构INT，同时维持其层级组织结构，提示静息状态和任务状态在很大程度上均运行于一个共同的亚临界动力学区间内。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.26.747109v1?rss=1

🏷️ 内在神经时间尺度 全脑神经动力学 结构连接组 功能磁共振成像 临界状态 脑网络建模