神经生理活动与结构的解耦反映了全球微结构与神经调节的趋势

这对日常思维为何重要

我们的日常生活依赖于大脑在有用时坚持习惯、在情境变化时又能摆脱习惯的能力。本文探讨了大脑瞬时活动如何在一定程度上从其神经纤维的固定连线中“解放”出来，以及这种自由如何由大脑的化学环境和细致结构来支持。理解结构与灵活性之间的这种平衡，有助于解释我们如何进行创造性思考、调节情绪并在一生中适应新经验。

大脑何时忽略自身连线的一张图谱

研究者首先问：大脑的快速电活动与下方白质纤维的“电缆网络”有多紧密地对应？他们使用了磁脑电图（MEG），记录群体放电神经元产生的微弱磁场，并结合扩散加权磁共振成像，后者揭示脑区间连接的主要高速通道。对来自人类连接组计划的 89 名志愿者，研究团队为每人构建了纤维通路的结构图，以及描述静息状态下脑区活动如何共同起伏的功能图。随后用数学模型逐区估计有多少功能性协调可以仅由连线预测。剩余部分被定义为“解耦指数”：局部活动模式偏离解剖学所暗示程度的量度。

皮层中灵活性的所在

得到的全脑图显示这种解耦并非随机。感知区域（如视觉皮层）解耦最低，其活动紧密依附于结构性连接；而在参与计划、自我反思与情绪的前额与内侧皮层部分，解耦程度最高。这些高度解耦的区域在个体间也表现出更大差异，暗示它们可能更受个人经验塑造。当作者将他们的图谱与一个大型既往脑影像研究数据库（Neurosynth）比较时，发现强烈解耦的区域最常涉及高级功能，如认知控制、决策和情绪调节。相比之下，负责基础感知与眼动的区域倾向于显示低解耦。综合来看，这表明从结构约束中获得的自由支持更抽象、整合性的心理过程。

灵活活动背后的细胞层面特征

为探究为何某些区域比其他区域更具结构独立性，团队转向尸检大脑的详细基因表达图谱。他们聚焦于与两种相对倾向相关的基因：促进变化的可塑性基因与将回路固定下来的稳态基因。高解耦区域显示出如 GAP43 和 BDNF 等基因的升高表达，这些基因与经验驱动的生长和连接重构高度相关。相反，富含髓鞘标记和某类快速抑制性细胞标志的区域——这些因子已知能关闭发育期“关键期”并限制长期变化——则与结构连线更紧密耦合。这一模式支持生物学梯度的观点：一些皮层区域被构建为保持可塑，而另一些则为可靠的、硬连线处理进行优化。

化学多样性作为脑部自由的驱动因子

作者们还考察了大脑化学信使——神经递质——与解耦之间的关系。利用一组基于正电子发射断层（PET）的图谱，这些图谱描绘了多种受体类型在皮层的分布，他们发现结构上解耦的区域承载着特别多样化的神经调制系统。大多数递质受体对这种关系有正向贡献，值得注意的是以慢作用的代谢型受体为主。这类受体通过持续时间更长的化学级联起信号作用，与支持快速、精确反应的离子通道受体相对。此发现表明，持久而弥散的化学调制可能使高级区域能够在更广的时间尺度上重组其活动，在相对固定的解剖支架之上更灵活地运行。

这对大脑整体图景的意义

综合来看，该研究描绘了一个在结构约束与自由之间寻求平衡的分层大脑图景。一端是感知区域，它们髓鞘密集、以快速信号为主，其活动紧随解剖连线，为外界提供快速且可靠的反应。另一端是联合区，稳定性特征较少但富含可塑性基因与多样且缓慢的神经调制物质，这些区域的活动更容易从底层“电缆”中脱离出来。这种解耦似乎构成了复杂思维、情绪与长期学习展开的神经空间。通过将快速电活动与深层分子特征相连接，这项工作有助于解释为何同一物理大脑既能保持足够的稳定性以维持连续性，又能保持足够的灵活性以实现终生适应。

引用: Facca, M., Del Felice, A. & Bertoldo, A. Decoupling of neurophysiological activity from structure mirrors global microarchitectural and neuromodulatory trends. Commun Biol 9, 520 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-025-09444-3

关键词: 脑连接性, 神经可塑性, 神经调制, 皮层网络, MEG 成像