Nature 历年网络科学文集：动力学与传播

导语

集智编译组汇总了近年来Nature及其子刊发表的网络科学相关论文，内容包括网络传播、人口流动、疾病扩散、脑网络等方面。本文是推荐汇总系列的第二篇，主要关注网络上的动力学机制与传播过程。

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1.复杂网络的定位目标传播

原题：Spreading to localized targets in complex networks

类型：Article

时间：2016 年 12 月 14 日

期刊：Scientific Reports

作者：Ye Sun, Long Ma, An Zeng & Wen-Xu Wang

网址：https://www.nature.com/articles/srep38865

摘要：扩散作为复杂网络中的一种重要的动力学类型被广泛地应用于传染病和信息传播等许多实际过程的建模中。对网络中节点的传播能力进行排序是传播研究中最重要的问题之一。已有工作为此作出了大量努力，并提出了各种有效的方法。这些方法常利用初始节点最终激活节点数量来定义特定个体的传播能力。这些方法通常将节点的传播能力定义为最终的感染节点数量，假定传播是从节点初始化的。然而，在许多广告和新闻传播的现实案例中，传播的目标仅仅是为了覆盖特定的节点组。因此，我们有必要研究复杂网络中节点对特定目标的传播能力。本文针对这一问题，提出了一种反向局部路径算法。仿真结果表明，该方法能较好地识别局部目标的影响节点。此外，通过我们的方法识别出地具有影响力的传播者可以有效避免传播过程中感染非目标节点。

2.由反应扩散过程的循环迁移模式驱动的临界状态

原题：Critical regimes driven by recurrent mobility patterns of reaction–diffusion processes in networks

类型：Letter

时间：2017 年 12 月 18 日

期刊：Nature Physics

作者：J. Gómez-Gardeñes, D. Soriano-Paños & A. Arenas

网址：https://www.nature.com/articles/s41567-017-0022-7

评价：考虑到人口的空间分布及其流动性，流行病过程的反应扩散模型揭示了几个不同的关键机制，其中人类的流动性甚至可能不利于疾病的传播。

摘要：反应扩散过程已经被广泛地应用于网络异质网络中流行域和生态域的动力学过程研究。在流行病背景下，反应过程被理解为每个分组人口内的传染源，而传播代表了个体在斑块之间的流动性。最近，有关如周期性反映出来的人类活动的特点，已被证明其对理解向地方性流行状态的阶段过渡至关重要。在此，通过开发一个能够处理基本流动过程、人口空间分布和通勤流动模式的框架，我们发现作为这些参数的函数的流行发病率的三个不同的临界状态。有趣的是，我们揭示了反应扩散过程的一个机制，在这个机制中，与直觉相反，流动性并不利于疾病的传播。我们通过分析确定了在真实和合成网络中出现三种可能的临界状态中的任何一种的精确条件。

3.静息状态下网络中的活动流决定认知任务的激活

原题：Activity flow over resting-state networks shapes cognitive task activations

类型：Article

时间：2016 年 10 月 10 日

期刊：Nature Neuroscience

作者：Michael W Cole, Takuya Ito, Danielle S Bassett & Douglas H Schultz

网址：https://www.nature.com/articles/nn.4406

评价：静息状态功能连接有助于揭示大脑的网络组织，但其与认知任务激活的相关性尚不清楚。作者发现，估计静息状态网络的活动流可以预测剩余激活，表明活动流是静息状态网络和认知任务激活之间的联系机制。

摘要：静息状态功能连接(FC)有助于揭示人类大脑固有的网络组织，但其与认知任务激活的相关性尚不清楚。尽管有证据表明静止状态的FC模式与认知任务激活模式高度相似，但不确定性依然存在。识别形成局部认知任务激活的分布式过程可能有助于揭示为什么静息状态FC与认知任务激活如此紧密地相关。我们发现，在静息状态FC网络上预估任务所引发的活动流(激活幅度的扩展)，可以在大型神经网络模型中预测认知任务的激活。将这一观点应用于功能性核磁共振实验数据，我们发现认知任务的激活可以通过静止状态下的FC网络上的预估活动流量来预测。这表明，任务引发的活动在内在网络上流动是解释静息状态功能与认知任务激活之间相关性的一种大规模机制。

4.瞬时同步的可扩展信息路由

原题：Flexible information routing by transient synchrony

类型：Article

时间：2017 年 5 月 22 日

期刊：Nature Neuroscience

作者：Agostina Palmigiano, Theo Geisel, Fred Wolf & Demian Battaglia

网址：https://www.nature.com/articles/nn.4569

评价：大脑功能依赖于皮层区域之间灵活的交流。有人提出，振荡相干性的变化模式是信息路由的基础。然而，体内的振荡是非常不规则的。研究表明，短寿命和随机振荡脉冲协调跨区域选择性地调制区域间通信。

摘要：感知、认知和行为依赖于不同皮层区域的微电路之间的灵活通信。这些微电路之间的快速信息重路由机制仍然未知。有人提出，改变局部伽马节律的连贯模型，以支持灵活的信息重定向。然而，体内伽玛振荡的随机性和瞬态性很难与这样的函数相一致。在这里，我们展示了在振荡同步开始附近的皮层回路模型，尽管存在短时间的伽马射线爆发和神经元放电的不规律性，选择性地传递输入信号。在典型的多区域电路中，我们发现伽马暴会随着时间和频率的匹配而自发地产生，它们通过大规模的路由状态来组织信息流。特定的自组织路由状态可以由少量的背景活动调制来诱导。

5.社会网络的治疗扩散和大规模药物管理

原题：Diffusion of treatment in social networks and mass drug administration

类型：Article

时间：2017 年 12 月 5 日

期刊：Nature Communications

作者：Goylette F. Chami, Andreas A. Kontoleon, Erwin Bulte, Alan Fenwick, Narcis B. Kabatereine, Edridah M. Tukahebwa & David W. Dunne

网址：https://www.nature.com/articles/s41467-017-01499-z

评价：大规模的药物管理取决于经销商与社区成员之间的联系。利用乌干达农村驱虫药发放的数据，作者发现，具有紧密友谊关系的社区药品发放者获得了网络上最大的覆盖范围和覆盖速度。

摘要：信息、行为和技术在人们互动时传播。理解这些相互作用对于最大程度地传播公共干预行为至关重要。然而，对于扩散的起始点(种子节点)的性能我们知之甚少。我们跟踪常规的大规模药物管理，大规模分发驱虫药在乌干达。我们对7个村庄的3491个家庭中的16,357个人的友谊网络、社会经济因素和治疗提供结果等因素进行了观测。每个村庄之间有两个社区药品经销商(CMDs)，他们是种子节点，负责管理治疗。在这里，我们展示了具有紧密(集群)友谊连接的CMDs实现了最大的治疗覆盖范围和速度。重要的是，我们证明了当传播依赖于与种子节点的接触时，集群预测通过社交网络的扩散，而其中心性与扩散无关。在选择大规模处理活动的种子节点时，应考虑集群。

6.对全球潜在流行病传播的动力学的描述

原题：Characterizing the dynamics underlying global spread of epidemics

类型：Article

时间：2018 年 1 月 15 日

期刊：Nature Communications

作者：Lin Wang & Joseph T. Wu

网址：https://www.nature.com/articles/s41467-017-02344-z

评价：了解全球流行病的传播对预防和应对至关重要。在这里，作者介绍了一个分析框架来研究流行病在航空运输网络上的传播，并展示了它的能力，以估计关键的流行病参数，应用于最近的流感大流行和埃博拉疫情爆发。

摘要：在过去的几十年里，利用全球航空运输数据构建的全球集合人口对流行病进行模拟一直是研究流行病如何从起源传播到世界其他地方(例如，大流行性流感、SARS和埃博拉)的主要工具。然而，对于疾病流行病学和空中运输网络结构如何决定全球不同人群的流行病到达仍不清楚。本文，我们通过开发和验证一个只需要从随机过程中进行基本分析的分析框架来填补这个知识空白。我们将这一框架应用于2009年的流感大流行和2014年的埃博拉疫情，以表明可以用非常低的计算成本从当地和全球传播的公共数据中实时可靠地估计关键的疫情参数。我们的框架不仅阐明了流行病全球传播的动态，而且提高了我们的流行病预测能力。

7.环境变化中生态网络充重组的分散控制

原题：Dispersal governs the reorganization of ecological networks under environmental change

类型：Article

时间：2017 年 5 月 8 日

期刊：Nature Ecology & Evolution

作者：Patrick L. Thompson & Andrew Gonzalez

网址：https://www.nature.com/articles/s41559-017-0162

评价：随着物种对环境变化的反应而转移，复杂的生态网络可能会被破坏。仿真模型表明，扩散的程度决定了网络中物种间的关联是否得到维持。

摘要：随着物种丰富度和空间分布随环境变化而变化，诸如食物网、共生网和寄主寄生网等生态网络正在重新进行组织。目前对重组如何发生的理论预期适用于竞争网络或部分交互网络，但这些预期可能不会扩展到更复杂的网络。在这里，我们使用元社区理论来开发复杂网络在环境变化下如何重组的新预期，并表明分散对于决定网络保持其组成和结构的程度是至关重要的。当生境斑块之间的扩散程度较低时，所有类型的物种间相互作用都是决定物种能否在合适的生境定居的重要因素。这种定殖抗性会导致物种的更替，从而打破现有的网络并导致新网络的形成。然而，当扩散率增加时，殖民者到达高度丰富的栖息地，他们在那里很好地适应了，所以与当地物种的互动对殖民成功贡献较少。分散确保了物种间的联系在它们在空间中移动时得以保持，因此网络也保留了相似的组成和结构。分散的关键作用加强了管理栖息地连接性的需要，以在未来维持物种和相互作用的多样性。

8.随需应变的城市流动中最小位移问题

原题：Addressing the minimum fleet problem in on-demand urban mobility

类型：Letter

时间：2018 年 5 月 23 日

期刊：Nature

作者：M. M. Vazifeh, P. Santi, G. Resta, S. H. Strogatz & C. Ratti

网址：https://www.nature.com/articles/s41586-018-0095-1

评价：提出了一种基于车辆共享网络的最优计算效率求解方法。

摘要：信息和通信技术为通向城市交通的新解决方案开辟了道路，使个人与随需车应变辆匹配更好匹配。然而，一个悬而未决的问题是：在对个人机动性有一定需求的情况下，如何尽可能优地调度和操作车队。已有工作要么无法提供具有扩展性的解决方案，要么需要改变人们出行的意愿。本文提供了一个基于网络的方案来解决“最小车队问题”：给定一个行程集（集合包括始发地，目的地和开始时间），在不延误乘客的前提下，确定所有行程所需的最少车辆。通过引入“车辆共享网络”的概念，我们提供了针对该问题的最佳计算有效解决方案，以及实时最佳解决方案。我们在纽约市一年1.5亿人次的出租车出行的数据集上测试了上述两种方案。以接近最佳服务水平即本文的时实策略为例，该方法可令车队规模较现有的士的营运减少30%。虽然存在候车司机的条件限制和异常旅行的需求，或导致车队规模的最优值相对较大，但对于历史旅行需求的各种变化，车队数量仍然是稳定的。假设司机不接受拼车，也不要求改变营业规则、商业模式或是人们也不会修改出行意图，通过简单的城市应用软件就可以使出租车调度重组以缩减计划的车队规模。随着联网的自动驾驶汽车变得越来越普遍，我们的研究结果可能在未来几年后发挥价值。

9.谨慎的适应行为对疾病传播的影响

原题：The effect of a prudent adaptive behaviour on disease transmission

类型：Letter

时间：2016 年 8 月 1 日

期刊：Nature Physics

作者：Samuel V. Scarpino, Antoine Allard & Laurent Hébert-Dufresne

网址：https://www.nature.com/articles/nphys3832

评价：用健康替代品替换患病个体的共同策略可能会加速疾病传播。动态网络模型表明，标准建模方法低估了网络结构的影响。

摘要：疾病的传播可以通过现实社会网络的某些方面来减缓，如集群、社区结构和人类行为，包括社会距离和卫生习惯的改善，其中许多方面已经得到了研究。在这里，我们考虑了一个模型，在这个模型中，具有基本社会角色的个人，如教师、急救人员或卫生保健工作者生病了，然后被健康的个人代替。我们将这一过程称为关系交换，并将其纳入动态网络模型，以证明替换个人可以加速疾病传播。我们发现，在一个标准的质量-作用模型中，这个过程的影响是微不足道的，但在考虑网络结构时，具有加速扩展、不连续过渡和滞后循环的影响是显著的。这一结果凸显了为什么大众行动模型无法解释许多行为过程。利用经验数据，我们发现该机制可以很好地解释美国17次的国家级流感暴发、25年来的国家级流感数据和19年波多黎各登革热病毒数据的观察模式。我们预计，我们的发现将推动疾病预测这一新兴领域的发展，并更好地为疫情期间的公共卫生决策提供信息。

10.通过非正式网络代理在大型环境非政府组织内部进行创新扩散

原题：Innovation diffusion within large environmental NGOs through informal network agents

类型：Article

时间：2018 年 4 月 2 日

期刊：Nature Sustainability

作者：Yuta J. Masuda, Yuqing Liu, Sheila M. W. Reddy, Kenneth A. Frank, Kyle Burford, Jonathan R. B. Fisher & Jensen Montambault

网址：https://www.nature.com/articles/s41893-018-0045-9

评价：一家大型环境非政府组织的网络实验发现，当有关新做法的信息以参与更多、更多样化项目的工作人员为目标时，创新扩散的可能性是原来的四倍。

摘要：在过去的几十年里，利用全球航空运输数据构建的全球集合人口流行病模拟一直是研究流行病如何从起源传播到世界其他地方(例如，大流行性流感、SARS和埃博拉)的主要工具。然而，疾病流行病学和空中运输网络结构如何决定全球不同人群的流行病到达仍不清楚。在这里，我们通过开发和验证一个只需要从随机过程中进行基本分析的分析框架来填补这个知识空白。我们将这一框架应用于2009年的流感大流行和2014年的埃博拉疫情，以表明可以用非常低的计算成本从当地和全球传播的公共数据实时可靠地估计关键的疫情参数。我们的框架不仅阐明了流行病全球传播的动态，而且提高了我们的流行病预测能力。

11.基于k核方法的互惠生态系统结构崩溃预测

原题：The k-core as a predictor of structural collapse in mutualistic ecosystems

类型：Article

时间：2018 年 10 月 22 日

期刊：Nature Physics

作者：Flaviano Morone, Gino Del Ferraro & Hernán A. Makse

网址：https://www.nature.com/articles/s41567-018-0304-8

评价：通过监测一个动态系统的相互作用网络的结构来预测系统的崩溃，其形式是根据网络的拓扑不变式(k-core)来制定稳定条件。

摘要：在生态系统、人类社会、金融系统和网络基础设施中，动态系统崩溃显现出不可恢复状态的现象时有发生。尽管这些事件广泛发生并且会产生影响，但它们在很大程度上仍然不可预测。在寻找坍塌和不稳定的原因时，理论研究到目前为止还不能定量化地确定相互作用物种形成的网络结构特征的影响。本文推导了一个互利生态系统的稳定条件，作为物种之间的动态相互作用强度和网络拓扑不变的约束:k核。我们的解决方案用于预测:当位于网络最大k核的物种灭绝时，由于足够弱的相互作用强度，系统将达到崩溃的临界点。作为崩溃现象的一个关键变量——监测网络的k核，可能被证明是在自生态和生物网络到金融的广阔环境中预测灾难性事件的一种强有力的方法。

12.大规模脑部活动的动力学模型

原题：Dynamic models of large-scale brain activity

类型：Review Article

时间：2017 年 2 月 23 日

期刊：Nature Neuroscience

作者：Michael Breakspear

网址：https://www.nature.com/articles/nn.4497

评价：认知活动是皮层神经元、丘脑神经元和脊髓神经元跨越大型中枢神经系统的集体行为。这篇文章以图解的方式介绍了大规模大脑活动的动态模型，包括基础理论的原则、挑战、争议和最新进展。

摘要：运动、认知和感知产生于皮层回路内的神经元集体活动，并跨越大脑的大型系统。虽然人们对单个神经元突增的原因已有数十年的了解，但在大规模皮层系统中支持集体神经行为的过程却不那么清楚，有时还会成为争论的主题。利用非线性动力系统理论建立大规模的大脑活动模型，可以将来自多种模式下的实验数据整合到一个共同的框架中，从而促进预测、测试和可能的反驳。这项工作回顾了这一计算方法的核心假设，促进理论转化为实验室的方法学框架，以及正在出现的支持证据。虽然仍存在大量挑战，但有证据支持这样一种观点，即集体的非线性动力学是适应性皮层活动的核心。同样，异常的动力学过程似乎是许多脑部疾病的基础。

13.间接效应推动了互惠网络的演进

原题：Indirect effects drive coevolution in mutualistic networks

类型：Letter

时间：2017 年 10 月 18 日 

期刊：Nature

作者：Paulo R. Guimarães Jr, Mathias M. Pires, Pedro Jordano, Jordi Bascompte & John N. Thompson

网址：https://www.nature.com/articles/nature24273

评价：在《物种起源》的最后几页，查尔斯·达尔文描绘了一个错综复杂的河岸，用来唤起一个生态系统中动植物之间不断的相互作用。每一个个体都在为生存和繁殖而奋斗，它们的努力影响着整个生态系统。这是一幅美丽的图像，但关于这种效果的细节还有很多需要了解。例如，形成植物和传粉专家之间亲密共生关系的选择压力，或生态网络的一般行为，是众所周知的，但对不同水平的选择压力如何通过网络涟漪作用的了解较少。在这里，作者将共同进化动力学和网络结构结合起来，以证明相互主义中的选择不仅是由相互主义的伙伴决定的，而且是由各种各样的间接影响通过缠绕在一起的河岸形成的。

摘要：人们已经认识到生态间的相互作用在形成生物多样性方面起着关键作用。然而，进化生物学面临的一个主要挑战是，当从相互作用的物种对进化到多物种相互作用网络时，如何去理解生态相互作用在形成性状进化中的作用。本文介绍了一种将共同进化动力学与网络结构相结合的方法。研究结果表明，在形成共生群落的共同进化过程中，非相互作用的物种与直接相互作用的物种同样重要。在不同类型的互惠互利中，间接效应的贡献是不同的。间接效应更有可能在嵌套的、物种丰富的网络中占主导地位，这些网络是由多个伙伴的相互作用形成的，如动物的授粉或种子传播，而不是由亲密的相互作用形成的小型和模块化的网络，如寄主植物和它们的保护蚂蚁之间的网络。间接效应的共同进化路径通过促进在变化的环境下对互惠伙伴的适应环境进行缓慢而又持续的重组，从而有利于正在进行的性状进化。我们的研究结果表明，共同进化可能是在整个生态网络中形成物种特征的一个主要过程。这些发现扩展了我们对进化是如何通过选择压力（ selection pressures）在多种直接和间接途径上的相互作用而发生的理解。

14.网络实验中用于提高全局人类协作的局部噪声自主代理

原题：Locally noisy autonomous agents improve global human coordination in network experiments

类型：Letter

时间：2017 年 5 月 18 日

期刊：Nature

作者：Hirokazu Shirado & Nicholas A. Christakis

网址：https://www.nature.com/articles/nature22332

评价：为了一个共同的目标而采取的集体行动，即使每个人的利益是一致的，也面临着“协调”问题：个体试图达成个体的、局部优化的解决方案，对整个群体来说可能不是最优的。现在尼古拉斯·克里斯塔基斯和他的同事们已经推出了自主软件(“机器人”)在小网络层面解决人类进行的一个关于标准的颜色协调游戏,集体的目标是让每个节点颜色不同于它的所有邻居节点,以研究的潜在好处在决策中引入噪声。他们发现，当显示适度(10%)的随机性并将其置于网络中央时，嘈杂的机器人工作得最好。这样的机器人不仅改善了人类的机器人，也改善了人类在遥远节点上的互动，从而帮助人类自助。

摘要：在小组内进行协作优化面临一个子优化问题，理论表明，一些随机性的可能有助于实现全局最优。本文进行了一个网络色彩协调游戏的实验。实验参与者(n = 4,000)被嵌入到20个节点的网络(n = 230)中，不时地会向其中添加3个机器人。这些机器人被设定了不同程度的行为随机性和不同的测地线位置。本文证明了机器人在较小水平随机地噪声作用下，被放置在中心位置，能有效地提高了人类群体的集体效率，将中间解决时间提高了55.6%。特别是在协调问题比较困难的情况下。行为随机性不仅使与机器人有联系的人类的任务变得更容易，而且还影响了人类之间的游戏规则，从而在这些异构系统的全球协调中产生了进一步的连锁效益。

15.网络传播：基因关联的通用放大器

原题：Network propagation: a universal amplifier of genetic associations

类型：Review Article

时间：2017 年 6 月 12 日

期刊：Nature Reviews Genetics

作者：Lenore Cowen, Trey Ideker, Benjamin J. Raphael & Roded Sharan

网址：https://www.nature.com/articles/nrg.2017.38

评价：网络传播是基于这样一个原理，即具有相似表型的基因之间更有可能相互作用。它被证明是一种从与人类疾病相关的分子网络中提取生物信息的强大方法。

摘要：生物网络是发现导致疾病的基因和遗传模块的强大资源。网络分析的基本概念是相同表型下的基因倾向于相互作用;这一原理可用于结合和放大来自单个基因的信号。近年来，许多生物信息学技术被提出并用于利用基于随机游动、信息扩散和电阻的网络进行遗传分析。这些方法已成功地应用于疾病基因、遗传模块和对药物靶标的识别。事实上，所有这些方法都是一个统一的数学机械网络传播的变种，这表明它是一个强大的数据转换方法，在遗传研究中有着广泛的用途。

16.人口流动量守恒的证据

原题：Evidence for a conserved quantity in human mobility

类型：Letter

时间：2018 年 6 月 18 日

期刊：Nature Sustainability

作者：Laura Alessandretti, Piotr Sapiezynski, Vedran Sekara, Sune Lehmann & Andrea Baronchelli

网址：https://www.nature.com/articles/s41562-018-0364-x

摘要：最近关于人口流动的开创性研究表明，个体倾向于到访一小部分重复访问的地点。一项同时进行的研究强调了人类行为的探索性的表现，显示出随着时间的推移，到访的地方数量稳步增长。如何协调这些看似矛盾的事实仍然是一个悬而未决的问题。在这里，我们分析了来自4个数据集的约40000份个体多年的高分辨率踪迹，显示当考虑到迁移模式的长期演化时，这种矛盾会消失。我们揭示了流动模式自身显著而平稳的演变，并且每个个体在任何一点上访问的熟悉位置的数量是一个保守的量，典型的数值约为25。我们利用这一发现改进了人口流动的最新模型。此外，通过将注意力从聚集的数量转移到个体的行为上后，我们发现个体偏好位置集的大小与其社交互动的数量相关。这一结果表明，我们所确定的守恒量（我们发现，它不能纯粹基于时间限制来理解）与描述个体社会关系数量认知上限的邓巴数之间存在某种联系。我们预计，相关的工作进一步引发将人口流动的研究与认知和行为科学联系起来的研究。

17.多层网络中传播过程的物理学性质

原题：The physics of spreading processes in multilayer networks

类型：Progress Article

时间：2016 年 8 月 22 日

期刊：Nature Physics

作者：Manlio De Domenico, Clara Granell, Mason A. Porter & Alex Arenas

网址：https://www.nature.com/articles/nphys3865

摘要：尽管传统网络分析获得了成功，但标准网络只提供了复杂系统的有限表示，而其通常包括不同组件之间的不同类型的关系（或“复用性”）。这样的结构复杂性对动态和功能都有显著的影响。丢弃或聚合可用的结构信息可能会产生误导性的结果，并成为理解复杂系统的主要障碍。最近的建模网络系统的多层方法明确地允许合并现实系统中的复用性和其他特征。它允许人们通过将不同的结构关系编码到一个方便的数学对象中来进行耦合。它还允许人们在这些相互连接的结构上耦合不同的动力学过程。由此产生的框架在帮助实现对复杂系统的全面、准确理解起着至关重要的作用。对多层网络的研究也揭示了这些在使用普通图和传统的网络表示时仍然隐藏着的新物理现象。在这里，我们回顾了更深入理解多层网络上的传播过程的进展，并着重介绍了一些与多层结构中产生的传播过程相关的物理现象。

18.自发皮层活动瞬间组织成频率特异性相位耦合网络

原题：Spontaneous cortical activity transiently organises into frequency specific phase-coupling networks

类型：Article

时间：2018 年 7 月 30 日

期刊：Nature Communications

作者：Diego Vidaurre, Laurence T. Hunt, Andrew J. Quinn, Benjamin A. E. Hunt, Matthew J. Brookes, Anna C. Nobre & Mark W. Woolrich

网址：https://www.nature.com/articles/s41467-018-05316-z

摘要：神经元群的频率特异性振荡与相位耦合是认知任务中脑区活动协调的重要机制。因此，不同功能性脑网络的持续活动也应该能够通过类似的机制进行重组和协调。我们提出了一种识别大规模相位耦合网络动力学的新方法，并证明了脑磁图中的静息网络具有良好的特征，即访问短暂的瞬态脑状态，在空间上具有明显的振荡功率模式和特定频带的一致性。大脑的状态被识别为感觉、运动网络和高阶认知网络。包括一个后部alpha（8–12 Hz）和另一个前部delta/theta范围（1–7 Hz）网络的认知网络中，两者在对应于默认模式网络区域的后部和前部子区域都展现出高功率和一致性。我们的结果表明，大规模的皮质相位耦合网络在非常特定的频带上有特征性的信号，可能反映了在不同的内在时间尺度上的功能专一性。

19.解剖网络的功能定位与认知灵活性相关

原题：Functional alignment with anatomical networks is associated with cognitive flexibility

类型：Article

时间：2017 年 12 月 18 日

期刊：Nature Human Behaviour

作者：John D. Medaglia, Weiyu Huang, Elisabeth A. Karuza, Apoorva Kelkar, Sharon L. Thompson-Schill, Alejandro Ribeiro & Danielle S. Bassett

网址：https://www.nature.com/articles/s41562-017-0260-9

摘要：认知灵活性描述了人类在心智功能模式之间切换以实现目标的能力。精神转换伴随着大脑活动的短暂变化，这种变化必须发生在解剖结构的顶端，通过下伏的白质束连接不同的皮质和皮质下区域。然而，综合理解白质网络如何在需要灵活性的认知过程中限制脑动力学仍然是难以捉摸的。在这里，为了解决这个挑战，我们运用新兴的工具从图像信号处理中检查28个执行探索认知灵活性的感知任务的人是否在每个时间点测量的血氧水平依赖的信号能够对应于复杂的底层解剖网络。我们发现，功能信号和基础白质网络的结构之间的对应与跨学科上更大的认知灵活性相关。通过使用多模态神经影像数据来计算一个简明的度量，我们揭示了人类行为的一个完整的结构-功能关系。

20.复杂脑网络中的通信动力学

原题：Communication dynamics in complex brain networks

类型：Review Article

时间：2017 年 12 月 14 日

期刊：Nature Reviews Neuroscience

作者：Andrea Avena-Koenigsberger, Bratislav Misic & Olaf Sporns

网址：https://www.nature.com/articles/nrn.2017.149

摘要：神经信号和通信几乎为大脑活动和功能的所有方面提供支撑。用网络科学的方法来建模和分析网络上的通信动态，已经证明对模拟大脑功能连接和预测新兴网络状态是有效的。本综述展示了脑网络中通信动力学的重要方面。我们首先搭建出一个概念框架，该框架将通信动力学视为结构性和功能性连接的经验领域之间的必要联系。然后，我们考虑结构网络的不同局部和全局拓扑属性如何支持潜在的网络通信模式，以及网络拓扑和动态模型之间的交互如何提供额外的见解和约束。最后，我们提出，通信动力学可以作为有效连接性的潜在生成模型，并可以深入了解大脑网络转换和处理信息的机制。

翻译：集智编译组

审校：曾祥轩

编辑：张希妍

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