神经元细胞骨架完整性变化对抑制性控制中分布式网络定向通信的影响：揭示认知控制的关键机制

《Communications Biology》：Variations in neuronal cytoskeletal integrity affect directed communication in distributed networks during inhibitory control

在日常生活中，抑制性控制对确保目标导向行为至关重要。为探究其潜在神经元机制及细胞结构完整性的作用，研究人员结合 EEG 分析技术与神经丝（NFs）测量展开研究。结果表明，theta 频段活动相关神经网络在反应抑制时活跃，NFs 调节非线性定向连接。这强调了细胞结构完整性与神经生理定向通信的关联，为认知控制研究提供新视角。

　　在日常生活里，人们常常会遇到这样的情况：一些自动产生或者预先准备好的反应，并不一定是最合适的。比如说在驾驶过程中，遇到突发状况时，本能的急刹车反应可能并不总是安全的，这时候就需要抑制性控制（inhibitory control），来抑制不恰当的反应，避免被无关刺激干扰，从而实现目标导向行为。以往研究虽然发现多个脑区参与反应抑制，但对于这些脑区之间的信息交流方式，尤其是基于振荡活动的信息传递，仍然知之甚少。同时，神经元细胞骨架完整性在这一过程中的作用也不清楚。为了解决这些问题，德国德累斯顿工业大学（TU Dresden）的研究人员开展了一项研究，旨在揭示抑制性控制过程中，神经元细胞骨架完整性对脑结构间定向通信的影响。该研究成果发表在《Communications Biology》上。

研究人员使用了多种技术方法。首先，他们招募了 55 名健康参与者（最终样本为 54 名，其中 34 名女性） ，让参与者进行 Simon Nogo 任务，这是一种结合了 Simon 任务和 Go/Nogo 任务的实验范式，用于研究 “干扰抑制” 和 “动作抑制” 之间的相互作用。实验过程中，参与者需要根据屏幕上出现的字母和位置按下相应按键，同时在特定情况下抑制反应。其次，研究人员采集了参与者的血清样本，用于测量血清神经丝轻链（sNFL）水平，以此作为神经元细胞骨架完整性的指标。此外，研究人员通过脑电图（EEG）记录大脑活动，并运用 DICS 波束形成器、nCREANN 算法等技术，分析大脑区域之间的线性和非线性连接。

研究结果如下：

1. 行为学结果：在 Simon Nogo 任务中，兼容试次（compatible trials）的反应时比不兼容试次（incompatible trials）更快。在准确性方面，GO 试次的准确率高于 NOGO 试次。进一步分析发现，兼容试次的 GO 试次准确率更高，而兼容试次的 NOGO 试次准确率更低。这表明在兼容条件下，反应抑制更具挑战性，更容易出错。
2. 神经生理学结果：
   • 振荡特征：在刺激开始后的 300 - 600ms 内，不兼容 NOGO 试次的 theta 频段功率在右后电极处更高。这表明 theta 频段活动在反应抑制过程中起着重要作用，尤其是在处理认知冲突时。
   • 线性和非线性定向连接：nCREANN 算法分析显示，在不同的 NOGO 试次条件下，大脑区域之间存在不同的线性和非线性连接模式。例如，在不兼容 NOGO 试次的线性网络中，从 AC 1 到 AC 3、从 AC 4 到 AC 2 的有效连接更强；在非线性网络中，兼容 NOGO 试次从 AC 4 到 AC 1 的定向连接更强，不兼容 NOGO 试次从 AC 3 到 AC 1 的定向连接更强。
   • sNFL 的作用：sNFL 水平与行为学数据和连接性测量之间存在相关性。sNFL 水平与不兼容 NOGO 试次的正确拒绝率呈负相关，与线性和非线性网络的平均网络连接性呈正相关。特别是在不兼容 NOGO 试次中，sNFL 与来自左顶叶簇（AC 4）的非线性连接存在稳定的相关性。
   
   

研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了神经元细胞骨架完整性与认知控制任务中神经生理定向通信之间的关系。较高的 sNFL 浓度意味着细胞结构完整性降低，但却与更强的定向连接相关，尤其是在网络中的非线性信息传递方面。这可能是大脑在细胞结构完整性受到影响时，为维持足够的信息传递而采取的一种补偿机制。研究发现的大脑区域之间的信息交换模式，与抑制性控制涉及分布式网络相互作用的理论相符。这些结果扩展了以往的研究，表明神经元完整性的生理变化可以显著调节功能网络动态，进而影响认知控制机制。该研究为进一步探究细胞结构完整性在其他认知功能中的作用奠定了基础，有助于深入理解大脑的认知控制过程，为相关神经系统疾病的研究和治疗提供新的思路。