大脑动态与认知能力共享遗传根源。临界态或可指导未来脑健康研究。

根据6月24日发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS) 上的一项最新研究，强有力的证据表明，大脑临界态（brain criticality） —— 即神经兴奋与抑制之间的微妙平衡 —— 在很大程度上受到遗传因素的影响，并与认知能力密切相关。

这项研究由中国科学院生物物理研究所的刘宁教授和中国科学院自动化研究所的余山教授领导，利用了来自人类连接组计划（Human Connectome Project）S1200数据集的静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）数据。该数据集包含250对同卵双胞胎、142对异卵双胞胎以及437名无血缘关系个体的扫描结果，使研究人员能够有效评估遗传因素对大脑临界态的贡献。

感觉区域显示出强遗传性

研究结果揭示，遗传因素在塑造大脑临界态方面起着重要作用，其中在初级感觉皮层检测到的遗传影响比在高级联合皮层更为显著。这表明，大脑维持近临界态动态的能力 —— 此前被认为与高效信息处理和认知适应性有关 —— 在很大程度上是遗传的。

为了进一步探索其背后的生物学机制，研究人员将rs-fMRI数据与艾伦人脑图谱（Allen Human Brain Atlas）的基因表达图谱进行了结合分析。该分析确定了特定的基因表达模式，这些模式与大脑区域临界态相关，并涉及与神经系统疾病相关的生物过程。

重要的是，该研究还揭示，大脑临界态和认知表现共享一个共同的遗传基础，这为理解遗传特质如何支持高级认知功能提供了宝贵的见解。

迈向对脑健康的新理解

刘宁教授表示：“维持临界态对于大脑功能至关重要。揭开其遗传基础，为理解认知和神经系统疾病开辟了新的方向。”

这项工作为未来研究临界大脑动态背后的分子机制及其对大脑健康的意义奠定了基础。

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