Общие пространственные и временные принципы управляют динамикой коннектома на разных временных масштабах

Хотя мозг обрабатывает информацию с различной скоростью, мало что известно о том, как функциональный коннектом одновременно поддерживает несколько скоростей параллельно. Для изучения динамики коннектома использовали МРТ-функциональную визуализацию (fMRI) и электрофизиологические методики для медленных и быстрых скоростей соответственно, но часто подразумевается, что эти модальности отражают одни и те же лежащие в основе нейронные процессы, а fMRI делает это через низкочастотную временную фильтрацию. Недавние исследования предлагают альтернативную возможность: динамика коннектома может состоять из различных процессов, действующих на множественных временных масштабах. Если такие многомасштабные процессы связности действительно сосуществуют, ключевой вопрос заключается в том, организованы ли их паттерны и последовательности на основе общих закономерностей, то есть единых пространственных и временных принципов. В одновременных записях человеческого fMRI и источниково-локализованного ЭЭГ мы исследовали базовые составляющие коннектома — мгновенные паттерны коактивации — на шести временных масштабах нейронной активности, от инфрамедленных до γ-диапазона. Мы обнаружили потоки повторяющихся паттернов коактивации, или состояний, которые работают параллельно и асинхронно на разных масштабах, образуя тем самым пространственный принцип, распространяющийся через временные масштабы. Эти состояния также возникали в сильно сходных последовательностях на всех временных масштабах, что выявляет временной принцип, распространяющийся через масштабы. В совокупности результаты указывают на то, что коннектом состоит из множества динамических потоков, работающих параллельно на разных скоростях — от десятков миллисекунд до секунд — а не из единого потока, отфильтрованного временным разрешением каждой модальности. Пространственные и временные принципы, охватывающие эти потоки, обеспечивают их интеграцию в единую систему. Следовательно, исследования человеческого поведения и психических расстройств должны учитывать полный диапазон временных масштабов коннектома.