Trends in Neurosci最新综述：如何更全面地理解大脑状态？
神经活动在大脑中快速而协调的传播为复杂的行为和认知奠定了基础。神经科学子领域的技术进步对这些动力学有了深入的理解，但趋同点往往被语义差异（semantic differences）所掩盖。
在这篇综述中，作者将整个大脑活动的基本组成部分简约概念化为“大脑状态（brain state）”，提供了一个通用的框架将不同尺度和物种的发现联系起来。本综述中介绍了用于研究与生理学和高阶认知过程相关的大脑状态的各种技术的例子，并讨论了它们之间的整合将如何使对生存至关重要但在疾病中被破坏的神经动力学得到更全面的表征。
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1、大脑状态作为促进
对神经动力学理解的框架
大脑状态是一种神经生物学现象，可能是由神经元活动引起的。这一定义包括但不限于最近综述中所描述的大脑状态的各种概念一致：大脑状态是“自发、持续活动的背景”，是与神经元相关的内部行为状态（如唤醒），以及“群体放电活动中常见的波动量”。对其研究必须满足的三个标准：（i）大脑状态是特定认知或生理状态的产物，（ii）大脑状态的特征是广泛分布的活动或耦合模式，以及（iii）大脑状态影响生物体未来的生理学和/或行为。
记录方法和计算分析方面的最新技术进步为更好地描述大脑动力学及其与大脑功能的关系创造了机会，但这些方法在时间和空间分辨率以及测量信号的性质方面差异很大[Fig.1]。必须将这些分析水平结合起来，以利用它们提供的互补见解。
Figure 1 系统和认知神经科学技术都对大脑状态提供了部分但互补的见解
2、与波动生理学相关的大脑动力学
波动生理学是自下而上的稳态过程的表现，对全身都有影响。越来越多的文献表明，从生理状态中出现的反复的大脑活动模式，在大脑中具有模式化表征，并对未来的行为产生影响。与大脑活动的最常见的生理状态测量是唤醒（arousal），通常使用诸如心率和呼吸频率、皮肤电导和瞳孔直径之类的标记来量化。所有这些都包括或反映了大脑状态动力学。
与生理学相关的大脑状态深刻地影响着生物体随后的行为。但在缺乏实验操作的情况下，很难证明大脑状态既促进行为又反映生理状态的变化。
3、任务中的大脑：
认知过程诱导的大脑状态
考虑到研究与生理学相关的大脑状态的挑战，个体环境的外部调节和控制变化为研究大脑状态提供了一个有吸引力的框架[Fig.2]。
首先，任务诱导的大脑状态变化是实质性的和可靠的。其次，认知任务限制了可访问的大脑状态的数量，例如，与休息相比，任务期间的功能连接可变性降低就证明了这一点。尽管任务已被证明能引发（并需要）特定的全脑活动模式，但它们也能可靠地诱导细胞和环路水平的变化，这些变化已在动物模型中得到广泛表征。作者提出大脑状态的概念，将这些领域联系在一起，并提出了局部变化产生全脑模式的方法。
除了影响大脑状态外，任务还提供了一个解码它们的密钥。也就是说，将反复出现的大脑状态与任务事件联系起来，可以通过追踪这些活动模式与正在进行的认知过程和随后的行为的相关性来解释这些活动模式。
Figure 2 使用生理状态和认知范式来表征相应的大脑状态
4、利用大脑状态
统一神经动力学研究
到目前为止，每种行为状态对神经的影响在很大程度上都是孤立研究的，但这种方法未能承认许多行为状态和相应大脑状态的同时表达[Fig.3]。作者在此提出，将跨空间尺度和模式进行整合，从而更全面地了解这些复杂的动力学，并解开多重大脑状态。通过将看似不同的方法联系起来，大脑状态的共同概念为这项工作提供了一个组织框架。
Figure 3 行为状态在不同的时间尺度上进化，并在每个时间点相互作用
总结与展望
从细胞到系统、认知和临床神经科学家，每个研究群体都受到现有技术的优势和局限性的激励，为了解大脑状态提供了一个不同的窗口。这些观点必然是不同的——不是因为它们基于对大脑状态固有的不同定义，而是因为它们经常使用不同的技术来研究相同的结构。作者的目标是将这些努力重新定义为一项互补工作，以实现一个共同的目标：更全面地理解大脑状态——大脑活动的结构化、可重现性和行为相关模式。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.tins.2023.04.001
参考文献
Greene, Abigail S et al. “Why is everyone talking about brain state?.” Trends in neurosciences, S0166-2236(23)00101-7. 8 May. 2023, doi:10.1016/j.tins.2023.04.001
编译作者：Young（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）
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