The temporal structures and functional significance of scale-free brain activity.
The temporal structures and functional significance of scale-free brain activity.
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DOI：
10.1016/j.neuron.2010.04.020
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发表时间：
2010-05-13
期刊：
影响因子：
16.2
通讯作者：
Raichle, Marcus E.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
He, Biyu J.;Zempel, John M.;Snyder, Abraham Z.;Raichle, Marcus E.
无标度动力学是自然界中许多复杂过程的内在特征，其功率谱遵循P f-β。在神经系统中，无标度活动在电生理学研究中常常被忽视。在这里，我们研究了人类大脑中的无标度动力学，并表明它包含广泛的嵌套频率，较低频率的相位调制较高频率的振幅在整个频谱的向上进展。无标度脑活动的功能意义表现为任务绩效调制和区域差异，其中默认网络和视觉皮层的β值较大，海马和小脑的β值较小。大脑中嵌套频率的精确模式不同于自然界中的其他无标度动力学，如地球地震波和股票市场波动，这表明系统特定的生成机制。我们的研究结果揭示了强大的时间结构和无标度脑活动的行为意义，并应激励其生理机制和认知意义的未来研究。
Scale-free dynamics, with a power spectrum following P ∝ f-β, are an intrinsic feature of many complex processes in nature. In neural systems, scale-free activity is often neglected in electrophysiological research. Here, we investigate scale-free dynamics in human brain and show that it contains extensive nested frequencies, with the phase of lower frequencies modulating the amplitude of higher frequencies in an upward progression across the frequency spectrum. The functional significance of scale-free brain activity is indicated by task performance modulation and regional variation, with β being larger in default network and visual cortex and smaller in hippocampus and cerebellum. The precise patterns of nested frequencies in the brain differ from other scale-free dynamics in nature, such as earth seismic waves and stock market fluctuations, suggesting system-specific generative mechanisms. Our findings reveal robust temporal structures and behavioral significance of scale-free brain activity and should motivate future study on its physiological mechanisms and cognitive implications.
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