人类的大脑好似一台“永动机”，时刻处于不断波动的状态。当我们在看书、思考、放松、或是聊天娱乐时，大脑都处于不同的活动状态。甚至在做一件事情时，大脑也在不同的活动状态间变换更迭。同样，健康的大脑和罹患神经系统或精神疾病的大脑也会有截然不同的活动状态。每个人的大脑都是独一无二的，识别个体独特的大脑动态活动正是解码人类独特认知和行为的基础，也是对脑疾病患者进行个体化精准医疗的重要前提。在个体层面上探索大脑的动态组织是一个非常关键而亟待解决的问题。

【 导语/ INSCAPE技术 】

昌平实验室/ 北京大学生物医学前沿创新中心刘河生教授团队致力于研究个体化脑功能。2023年1月，刘河生教授团队（彭小龙博士为第一作者）开发的INSCAPE个体化大脑动态研究方法及相关成果（“Robust dynamic brain coactivation states estimated in individuals”）以Research Article形式发表于ScienceAdvances期刊，该期刊为Science出版社旗下的综合性国际顶级期刊，影响因子IF=14.957，在所有国际综合性期刊中排名第5。研究结果显示，INSCAPE方法可以在个体水平可靠地评估和解码大脑状态的动态特性、有效检测大脑的偏侧性、识别惯用手和性别等表型特征，并且在大脑疾病研究中表现出巨大潜力，能够评估各类脑疾病患者的动态脑功能，在监测疾病进展或治疗后的恢复方面将带来全新的视角。

本研究基于“先验-解码”的思想，提出了一种“个体化的基于网络的单帧共激活模式估计”（INSCAPE）技术，极大提高了个体水平大脑动态特性评估的可靠性，从而解决了这一难题。具体来说，该方法首先利用高质量、大样本功能脑影像数据建立了可靠的标准化群体模版，即：大脑状态“词典”；并将其作为参考，对单个个体的大脑动态解码从而得到特定个体的“笔迹”，其中包含了丰富的个体化“时间-空间”动态信息。该方法不仅能有效降低噪声对分析结果可靠性带来的影响，同时还可以保留足够的个体特征信息。

随后,研究者在另一个独立数据集中,验证了INSCAPE方法不仅在个体水平上具有高度可重复性，而且能够可靠、稳健地捕捉个体之间的脑动态差异。

大脑偏侧化是人脑为了快速有效处理信息而进化形成的一种脑功能组织形式。利用INSCAPE方法，本研究进一步得到了两个具有偏侧化特性的大脑状态（即：左侧化的脑状态15和右侧化的脑状态11）。其中，左侧化脑状态15的空间分布类似于传统的语言网络，与右侧化脑状态11的活动模式相反。在处理语言任务期间， 该状态的发生率显著高于静息状态，脑状态15出现的时间与语言任务执行的时间高度吻合。

研究者们近一步在独立数据集IV、V中发现右侧化脑状态11在右利手群体中的发生率显著高于左利手群体；在男性中的发生率也更高女性，该结果与过去已知的惯用手和性别对于大脑偏侧化的影响相一致。

最后，研究者对脑卒中患者发病后6个月内大脑状态的动态特性改变进行了评估，发现左侧化脑状态15的发生率随时间推移而持续降低，并最终与健康对照组相似。同时，随着恢复进程，患者偏侧化脑区的左右半球间功能连接逐渐增加、半球内功能连接降低。这一发现说明INSCAPE个体化大脑动态评估方法在临床上对患者脑功能状态的评估和监测具有可行性。

曾任哈佛大学附属麻省总医院 Martinos 中心人脑个体差异实验室主任，美国南卡罗莱纳医科大学终身正教授，SmartState讲席教授，南卡罗莱纳医科大学脑影像计算中心主任、生物医学成像中心副主任。长期从事脑功能成像研究，是国际上把功能核磁推向临床应用的最主要贡献者之一。

引读文章：Peng, X., Liu, Q., Hubbard, C. S., Wang, D., Zhu, W., Fox, M. D., & Liu, H. (2023). Robust dynamic brain coactivation states estimated in individuals. Science Advances, 9(3), eabq8566.

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