Cereb Cortex︱王茜/王雄飞/栾国明团队合作揭示脑灰质异位与新皮层的功能连接
撰文︱高雅玥，陈冠鹏，王茜
责编︱王思珍
编辑︱杨彬伟
在人类大脑的发育过程中，神经元在新生期进行迁移从而抵达它们正确的位置[1, 2]。该过程是脑功能发育的关键之一[3]。灰质异位是指神经元迁移过程中发生障碍导致灰质出现在异常位置[4-6]，如室周结节异位，即神经元迁移异常在侧脑室壁周围形成结节状灰质（图1）[7]。尽管前人的研究表明异位的灰质和新皮层之间可能仍存在一些交互作用[8-10]，异位的灰质在时间和空间维度上如何与新皮层连接，这种连接又有何种功能，尚不清楚。
图1 灰质异位示例
（图源：Gao, et al., Cereb Cortex, 2022）
2022年8月，北京大学心理与认知科学学院、IDG麦戈文脑科学研究所王茜助理研究员团队，与首都医科大学三博脑科医院栾国明教授/王雄飞副主任医师团队合作在国际期刊《Cerebral Cortex》在线发表题为“Periventricular nodular heterotopia is coupled with the neocortex during resting and task states”的研究论文，揭示了异位灰质与新皮层功能连接的时空特性，并提出了神经元迁移异常后共同发育的假说。
首先，研究者使用高空间、时间和频率分辨率的脑磁图记录了灰质异位患者在静息态下的脑活动。通过源定位的方法重建异位灰质和新皮层区域的自发神经活动，计算异位灰质和皮层的相位耦合度（phase locking values），考察异位灰质与皮层连接的特性。研究者发现，异位灰质和新皮层的功能连接主要体现在α-β频段（8 – 32 Hz，图2A），与健康人群大脑皮层连接的频谱特征一致[11,12]。此外，无论是在频谱维度（图2B）还是空间维度（图2C-D），异位灰质与皮层的连接模式都与皮层内部的连接模式非常相似。该结果提示，异位灰质可能参与到正常皮层的功能网络中。
图2 异位灰质-皮层连接与皮层-皮层连接
（图源：Gao, et al., Cereb Cortex, 2022）
在健康人群中，感觉区自发相位耦合的一个主要特征是α-β频带的峰值[11,12]。如上所述，异位的灰质与听觉、视觉、体感等感觉区耦合的峰值也在α-β频段，提示异位的灰质可能整合到感觉系统中。接下来，研究者进一步发现，听觉区和视觉区的频谱能量值与该区域和异位灰质的相位耦合度值同步变化，且这种同步变化发生在不同的频段（图3）。这一结果表明异位的灰质很可能与感觉系统联系密切。
图3 异位灰质-皮层连接与感觉皮层能量的共同变化
（图源：Gao, et al., Cereb Cortex, 2022）
上述结果证明了静息态下异位灰质与感觉系统的连接。那么，异位的灰质在任务态下是否仍和感觉皮层存在连接，并对感觉刺激也有所响应呢？研究者通过脑磁图和颅内脑电图技术记录了灰质异位患者在完成视觉任务时异位灰质与视觉区的神经活动（图4）。结果发现，与同侧视皮层类似，异位灰质中产生了视觉诱发响应，且异位灰质区的视觉诱发响应和同侧视皮层的视觉诱发响应有相似的潜伏期（图4）。这一结果也进一步证实了异位灰质与正常大脑皮层具有一定的功能连接。
图4 异位灰质的视觉诱发响应
（图源：Gao, et al., Cereb Cortex, 2022）
原文链接：https://doi.org/10.1093/cercor/bhac284
高雅玥（北京航空航天大学人文社会科学学院心理学系）和陈冠鹏（北京大学前沿交叉学科研究院）为本论文共同第一作者；王茜（北京大学心理与认知科学学院、IDG麦戈文脑科学研究所）、王雄飞（首都医科大学附属北京三博脑科医院神经外科）和栾国明（首都医科大学附属北京三博脑科医院神经外科）为本论文通讯作者；滕鹏飞（首都医科大学附属北京三博脑科医院神经外科）和张鑫（浙江大学医学院附属儿童医院）为本论文做重要贡献。该论文得到了方方（北京大学心理与认知科学学院、IDG麦戈文脑科学研究所）和Dario Englot（范德堡大学医学中心）两位教授的大力支持。该研究获得了科技创新2030-重大项目，国家自然科学基金重点项目等项目的资助。
通讯作者：王茜（左），栾国明（中），王雄飞（右）
（照片提供自：王茜/栾国明/王雄飞团队）
作者简介（上下滑动阅读）
王茜，北京大学心理与认知科学学院助理研究员、IDG麦戈文脑科学研究所Co-PI。主要研究方向为人类视觉、听觉皮层的知觉加工特性。
栾国明，首都医科大学三博脑科医院神经外科学科带头人、教授、主任医师、博士生导师；世界神经调控学会亚洲及澳新大区主席、中国分会主席；中国抗癫痫协会1-3届副会长、常务理事；中国医师协会神经调控专业委员会主任委员；北京脑重大疾病研究院癫痫研究所长；癫痫病临床医学研究北京市重点实验室主任。
王雄飞，首都医科大学三博脑科医院功能神经外科副主任，首都医科大学三博脑科医院功能与癫痫中心主任助理；国际抗癫痫联盟癫痫外科教育工作组委员；世界神经调控学会新媒体委员会委员；亚洲癫痫外科学会理事；中国抗癫痫协会神经调控专委会委员兼学术秘书；中国抗癫痫协会创新与转化专委会委员；《Frontiers in Neuroscience》编委。目前致力于发展基于电磁成像与人工智能的诊疗新技术，解决科技赋能神经外科智能微创治疗体系的临床应用方案。
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[1] Ayala R, Shu T, Tsai LH. 2007. Trekking across the brain: the journey of neuronal migration. Cell. 128:29-43.
[2] Barkovich AJ, Millen KJ, Dobyns WB. 2009. A developmental and genetic classification for midbrain-hindbrain malformations. Brain. 132:3199-3230.
[3] Bastos AM, Vezoli J, Fries P. 2015. Communication through coherence with inter-areal delays. Curr Opin Neurobiol. 31:173-180.
[4] Geschwind DH, Rakic P. 2013. Cortical evolution: judge the brain by its cover. Neuron. 80:633-647.
[5] Battaglia G, Chiapparini L, Franceschetti S, Freri E, Tassi L, Bassanini S, Villani F, Spreafico R, D'Incerti L, Granata T. 2006. Periventricular Nodular Heterotopia: Classification, Epileptic History, and Genesis of Epileptic Discharges. Epilepsia. 47:86-97.
[6] Hong SJ, Bernhardt BC, Gill RS, Bernasconi N, Bernasconi A. 2017. The spectrum of structural and functional network alterations in malformations of cortical development. Brain. 140:2133-2143.
[7] Kobayashi E, Bagshaw AP, Grova C, Gotman J, Dubeau F. 2006. Grey matter heterotopia: what EEG-fMRI can tell us about epileptogenicity of neuronal migration disorders. Brain. 129:366-374.
[8] Aghakhani Y, Kinay D, Gotman J, Soualmi L, Andermann F, Olivier A, Dubeau F. 2005. The role of periventricular nodular heterotopia in epileptogenesis. Brain. 128:641-651.
[9] Akkol S, Kucyi A, Hu W, Zhao B, Zhang C, Sava-Segal C, Liu S, Razavi B, Zhang J, Zhang K, Parvizi J. 2021. Intracranial Electroencephalography Reveals Selective Responses to Cognitive Stimuli in the Periventricular Heterotopias. J Neurosci. 41:3870-3878.
[10] Christodoulou JA, Walker LM, Del Tufo SN, Katzir T, Gabrieli JD, Whitfield-Gabrieli S, Chang BS. 2012. Abnormal structural and functional brain connectivity in gray matter heterotopia. Epilepsia. 53:1024-1032.
[11] Deleo F, Hong SJ, Fadaie F, Caldairou B, Krystal S, Bernasconi N, Bernasconi A. 2020. Whole-brain multimodal MRI phenotyping of periventricular nodular heterotopia. Neurology. 95:e2418-e2426.
[12] Ghuman AS, McDaniel JR, Martin A. 2011. A wavelet-based method for measuring the oscillatory dynamics of resting-state functional connectivity in MEG. Neuroimage. 56:69-77.
[13] Hipp JF, Hawellek DJ, Corbetta M, Siegel M, Engel AK. 2012. Large-scale cortical correlation structure of spontaneous oscillatory activity. Nat Neurosci. 15:884-890.
本文完