大腦動態與認知能力共享遺傳根源。臨界態或可指導未來腦健康研究。

根據6月24日發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS) 上的一項最新研究，強有力的證據表明，大腦臨界態（brain criticality） —— 即神經興奮與抑制之間的微妙平衡 —— 在很大程度上受到遺傳因素的影響，并與認知能力密切相關。

這項研究由中國科學院生物物理研究所的劉寧教授和中國科學院自動化研究所的余山教授領導，利用了來自人類連接組計劃（Human Connectome Project）S1200數據集的靜息態功能磁共振成像（rs-fMRI）數據。該數據集包含250對同卵雙胞胎、142對異卵雙胞胎以及437名無血緣關系個體的掃描結果，使研究人員能夠有效評估遺傳因素對大腦臨界態的貢獻。

感覺區域顯示出強遺傳性

研究結果揭示，遺傳因素在塑造大腦臨界態方面起著重要作用，其中在初級感覺皮層檢測到的遺傳影響比在高級聯合皮層更為顯著。這表明，大腦維持近臨界態動態的能力 —— 此前被認為與高效信息處理和認知適應性有關 —— 在很大程度上是遺傳的。

為了進一步探索其背后的生物學機制，研究人員將rs-fMRI數據與艾倫人腦圖譜（Allen Human Brain Atlas）的基因表達圖譜進行了結合分析。該分析確定了特定的基因表達模式，這些模式與大腦區域臨界態相關，并涉及與神經系統疾病相關的生物過程。

重要的是，該研究還揭示，大腦臨界態和認知表現共享一個共同的遺傳基礎，這為理解遺傳特質如何支持高級認知功能提供了寶貴的見解。

邁向對腦健康的新理解

劉寧教授表示：“維持臨界態對于大腦功能至關重要。揭開其遺傳基礎，為理解認知和神經系統疾病開辟了新的方向。”

這項工作為未來研究臨界大腦動態背后的分子機制及其對大腦健康的意義奠定了基礎。

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