人脑默认网络与昼夜生理节律关系的研究

国内外针对默认网络已开展了很多研究，但是默认网络与人体生理周期的关系目前并不明确。在多年的研究中，我们发现同一被试默认网络的活动会随实验时间不同而波动。那么，这种波动只是实验过程产生的随机变化，还是一种与人体生理节律有关的固有变化？我们认为，该问题对理解默认网络、脑自发活动以及脑的工作模式具有重要科学意义，值得重视并且需要阐明。据申请人调研，虽然目前已有一些证据提示默认网络的活动和人体昼夜节律存在关系，但这些证据都是松散、间接的。本研究将使用褪黑素浓度作为人体内昼夜节律的生物标记，考察昼夜不同时刻褪黑素浓度变化与默认网络活动的关系。我们拟连续2天采集每天10:00、16:00、22:00三个时刻被试的唾液样本，从唾液中测定褪黑素的浓度，同时采集相应时刻被试的静息功能磁共振数据，检测默认网络的活动变化，分析褪黑素浓度变化与默认网络活动变化的关系，从而阐明默认网络与人体内昼夜生理节律的关系。

默认网络DMN的研究对于理解脑自发活动以及人脑的工作模式具有重要意义。国内外学者对此已开展了很多工作。但是，默认网络和人体生理节律的关系目前并不明确。在多年的研究中，我们发现很多被试默认网络的活动会随实验时间不同而波动。那么，这种波动只是实验过程产生的随机变化，还是一种与人体生理节律有关的生理性变化？本研究使用血清激素浓度的变化作为人体内昼夜节律的生物标记，通过静息状态下脑血流CBF和功能磁共振功能连接考察昼夜不同时刻默认网络活动的动态变化。我们发现：（1）褪黑素和促甲状腺素具有显著的昼夜节律，而总三碘甲状腺原氨酸和总甲状腺素没有显著的昼夜节律。这些激素浓度变化的结果符合预期。（2）脑血流随着时间由下午到晚上再到凌晨，是逐渐降低的，并且这种降低程度对于不同的脑区来说是有差别的，变化最大的脑区包括颞顶结合部、大脑皮层内侧脑区及皮层下丘脑等。其中，大脑皮层内侧脑区包含扣带回的前部、压部以及后部等默认网络区域。（3）单象素静息功能磁共振信号的平均强度和方差没有显著的昼夜差异；以扣带回后部PCC为种子点的全脑功能连接分析也没有发现随昼夜时间变化的显著差异脑区，尤其是默认网络内的脑区；另外，我们将全脑简化成16个脑网络264个ROI，计算两两ROI之间的功能连接，比较昼夜3个时刻的ROI之间以及网络之间的功能连接模式差异，也没有发现存在显著差异的脑功能连接和网络。这些结果表明，虽然昼夜不同时刻特定激素和静息状态下脑血流存在显著变化，但是静息状态下脑功能网络（包括默认网络）的fMRI信号强度及功能连接模式均没有显著变化。进一步的数据分析和解释还在探索中。总之，我们这个项目的研究对明确默认网络的稳定性，及其与人体生理周期的关系，增进对默认网络、脑自发活动以及脑的工作模式的理解具有重要科学意义，同时也对理解多种神经精神疾病的病理机制（例如抑郁症）具有一定指导意义。