伟众脑神经网络基础知识--脑科学
发布日期：2024/4/26
伟众近红外脑功能成像技术脑区域网络成像
按照网络的功能，以及单突触(monosynaptic)和多突触(polysynaptic)的分布情况，把全脑分成三大阵营：感知皮层系统、联合皮层系统和伪迹系统。
a 感知皮层系统(sensor cortex systems)：视觉网络(Visual network: VIN)、感觉运动网络(sensorimotor network: SEN)、听觉网络(auditory network: AUN)、小脑网络(cerebellum network: CEN)。
b 伪迹系统(Artifact): 脑室(Ventricles)、白质(White matter)、头动(Motion-related artifact)、脑外区域(Extra-cerebral space)。
c 联合皮层系统(task-positive systems)：
背侧注意网络(dorsal attention network: DAN)
腹侧注意网络(ventral attention network: VAN)
突显网络(salience network: SAN)
左额顶网络(left frontoparietal network: LFPN)
右额顶网络(left frontoparietal network: RFPN)
执行控制网络(executive control network, ECN)
默认模式网络(default mode network, DMN)。
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1. 默认网络（default mode network ）
主要脑区：
内侧前额叶皮层(medial prefrontal cortex: mPFC)、扣带回前部、后扣带回与楔前叶(posterior cingulate/precuneus: PCC),及两侧顶下小叶(angular gyrus)等。这些区域其实也有功能上的分工：PCC主要负责自传体记忆和自我参考加工[Buckner and Corroll 2007]，mPFC负责与自我和他人相关的社会认知处理[Amodio and Frith 2006]，MTL负责情景记忆[Milner 2005]，角回负责语义处理[Binder et al 2009]
默认网络是静息脑网络中最负盛名的一个，没有之一。通常在个体清醒静息的状态，不专注于外界时默认模式网络就会活动。有外界刺激的常规任务实验中，该网络处于去激活状态(抑制状态)。现实生活中，我们通常处于“专注当下任务”和“走神”的不断更替中。比如说，当你在欣赏本篇博文的时候，你似乎沉浸在这篇博文流畅的文本中，然而你的大脑却在不停地“走神”：你或许一会儿会想到“等会去哪里吃饭比较好”，一会儿又会想到“周末结束了周一又是一摊工作”，一会儿或许只是单纯地想着“这篇博客写得真简单”。这种“神游”的状态会占到我们一天生活和工作时间的一半。这个时候，默认网络就在持续不断的活动。
华盛顿大学Raichle教授于2001年采用PET技术最早定义了默认模式网络。关于它的坎坷生事参见本博三年前的旧文[脑中的暗能量]。这个网络还有其他一些别名，例如默认网络，默认状态网络(default state network)，任务负网络(task-negative network: TNN)。
它被认为和阿尔茨海默氏症、孤独症、精神分裂症和癫痫等广泛的神经精神类疾病相关。特别地，默认模式网络的活动降低与孤独症相关，而精神分裂症患者中则观察到过度活动。在阿尔茨海默氏症中，由病程引起的淀粉样沉积使默认模式网络首先受到危害。相关综述参见 [Zhang and Raichle, 2010 Nat Rev Neurol]。在我们最近的工作中(博文介绍点这里)，我们讨论了一个刻画信号的长时记忆特性的参数与外向/内向人格特质的关系。发现默认模式网络，特别是内侧前额叶皮层与外向/内向人格特质有关[Lei et al., 2013 NeuroImage]。具体来说，外向的人长时记忆参数更小，表现出更快速的在线信息处理与更新能力。
主要功能：
冥想
深沉的，连续的思索与想象
重要参考文献：Brewer et al. 2011. Meditation experience is associated with differences in default mode network activity and connectivity. PNAS 108 (50), 20254-20259.
内省
对自己的思想，情感或知觉经验进行自我考察
2. 额顶网络(frontoparietal network, FPN)
额顶网络分为左额顶和右额顶两个。
额顶网络(frontoparietal network, FPN)是“脑网络英雄”里少有的不具有左右对称性的网络。左额顶网络和右额顶网络，一个拥抱语言，一个执掌控制，一个向左，一个向右，构成了许多关于左右脑不同分工的猜测。
左额顶网络：
主要脑区：Broca区、Wernicke区、内侧额叶(mesial frontal lobe)和尾状核(caudate)。
额顶网络(frontoparietal network, FPN)是“脑网络英雄”里少有的不具有左右对称性的网络。不像其他静息脑网络那样长得“天庭饱满，地角方圆”，FPN被分成了左额顶网络和右额顶网络，仿佛这一群雄中的左右护法。
左额顶网络其实可以认为是语言网络。语言作为人类进化的奇葩，左额顶网络的存在自然也是人脑所独有。它的左侧优势与Broca区和Wernicke区等语言脑区的偏侧性是一致的。在前人的研究中，该网络在语言相关的认知研究中时有涉及，例如语音、语义、外显及工作记忆等。我在组织这篇博文，以及读者在阅读这篇博文时，都征用到这个网络。它的曾用名很多，例如偏左侧的Dorsal visual stream，或者偏左侧的frontoparietal脑区[Smith et al., 2009 PNAS]。
主要功能：
语音+记忆。
右额顶网络：
主要脑区：右额顶网络具有右偏侧性，其脑区集中分布在包括角回，背外侧前额叶皮层，额叶眼动区和岛叶。其中，最久负盛名的就是背外侧前额叶(dorsolateral prefrontal cortex, dlPFC)。它实际构成了一条告诉大脑如何对刺激进行交互的背侧通道，所以几乎任何一个涉及认知控制的实验都有背外侧前额叶的身影：工作记忆，认知流程性，计划，抑制，抽象推理。除了以上功能，右额顶网络作为一个整体，主要功能还包括活动抑制，躯体感知觉和痛觉的处理。
主要功能：
内感：内感受性知觉(Interoceptive awareness)
躯体感觉，工作记忆，抑制。
3. 控制网络（control network）
主要脑区：
内侧前额叶皮质、扣带回、后顶叶皮层。
控制网络全名叫执行控制网络(executive control network)，又叫中央控制网络(central-executive network)或者背侧网络(dorsal network，注意不同于背侧注意网络)。该网络包括了多个内侧前额叶皮层和下额叶，下顶叶区域，其核心区域为背外侧前额叶皮层(dorsolateral prefrontal cortex, dlPFC)。这些脑区多和活动抑制，情绪等相关。控制网络参与了多个高级认知任务，并在适应性认知控制中扮演了重要角色。
主要功能：抑制
情绪。
4. 突显网络(Salience Network)
主要脑区：
前脑岛，前扣带。
突显网络其实可以划分到更大，分布更广的扣带岛盖系统。单独把它拿来说是因为它和肥胖、抑郁、精神分裂症等太相关了，而这些问题受社会的普遍关注。突显网络的主要节点就3个：左右的前脑岛(anterior insula, AI)，以及中间的前扣带(anterior cingulate cortex, ACC)，构成一个铁三角的结构。功能非常明确，就是对周遭形形色色的诱惑进行评估，找到最对我们胃口的，让我们觉得最有意思最有用的刺激，从而完成定向，采取相应的行为进行响应。它就像大脑网络这条高速铁路上的跳闸工人：给外部刺激和内部事件打上标记，然后让这列火车开向控制网络，抑或是进入默认网络。
大家知道偏执型精神分裂症最主要的症状就是现实歪曲(reality distortion)，而突显网络被认为在现实歪曲中起到了非常重要的作用，它让本来不该被关注的被关注了。再比如，中性的事件可能都可以进行一些正性或负性偏向的解释。对于抑郁症患者，他们却总是将一件中性的事情进行负性的解读，这和他们在突显网络，特别是右侧脑岛的过高活动是有关的。突显网络参与了对食物刺激的检测，但肥胖的人却可能抑制不住对事物的渴望的，尽管他们的内心是拒绝的。
主要功能：
探测：对周遭信息进行评估，找到最相关、切题的刺激
跳闸：对外部刺激和内部事件进行分类，切换到相关的处理系统
5 背侧注意网络(dorsal attention network, DAN)
主要脑区：双边顶内沟中央前沟和额上沟的连接区域(额叶眼动区)。
主要功能：注意：提供自上而下的注意定向外源性：参与外源性任务的完成中，在线索提示了何时、何处、以何种形式进行反应时，会持续的活动
背侧注意网络(dorsal attention network, DAN)，也叫视空间注意网络(visuospatial attention network)或任务正网络(task-positive network, TPN)。后面这个别号是因为它与默认模式网络的对立关系得来的：它们俩互成拮抗。背侧注意网络的功能是提供自上而下的注意定向。在实验室环境，如果线索提示了何时、何处、以何种形式进行反应时，背侧注意网络就会持续的活动以保证任务的完成。在日常生活中背侧注意网络激活时，我们往往处于一种高度专著的高效率状态。“除了当前的事，什么也不想”。用一个佛教术语来形容，是一种“活在当下”的“入定”状态。窃以为，佛教的修炼是有不同层次的。最底层的修炼是断妄念，认识自我，其实就是在静息态下和不时导致走神的默认网络做斗争，默认网络处于激活状态；其次的修炼是用控制网络来抑制默认网络，即忘记自我，如果能采取这种模式，你已小有所成；最高境界该是无我两忘，不该是去抑制什么默认网络，而该是让背侧注意网络激活起来，活在当下。
当然在实践中脑网络也有顶-颞-枕联合区、边缘联合区等联合皮质，在伟众脑科学研究中心编写的《脑科学康复模式的研究》中有着详细记载。
