睡眠缺乏是目前十分普遍的社会现象，对个人的学习，工作，生活和健康都有不利影响。大脑网络是一个由相互连接的节点组成的多模块化结构。该结构由局部中枢和连接器中枢组成，局部中枢在每个模块内具有丰富的连接，而连接器中枢的连接则广泛分布在不同模块之间。后者对于整合来自各个模块的信息，确保人类大脑的正常运作至关重要。短期的睡眠剥夺对大脑网络有哪些影响，对于网络中的局部中枢和连接器中枢是否有不同的作用？带着这些问题，心理学部科研团队采用磁共振成像，开展了睡眠剥夺的神经影像研究。

本研究基于静息态功能磁共振成像得到的功能连接以及弥散加权成像得到的结构连接，系统地探讨了整晚的睡眠剥夺对大脑皮层连接器中枢特性的影响。发现睡眠剥夺后连接器中枢更多的参与跨模块通信，同时伴随全局网络通信效率的增强。该工作使用标准化参与系数指标来识别连接器中枢，研究结论不但得到功能影像和结构影像两个模态的数据支持，还在一个独立的公开数据集中得到了进一步验证（见图1）。

图1. 多模态脑网络的分析流程图

研究结果表明，在睡眠剥夺后无论是功能网络还是结构网络均表现出连接器中枢的影响增强，网络模块间的连接表现出更好的多样性。这种增强一方面带来了网络成本的增加、模块性的降低和小世界性的降低，另一方面也导致了全局效率的增强。进一步的分析发现，显著受影响的连接器中枢主要分布在控制网络和突显网络，即资源分配和认知控制相关的大脑系统中（见图2）。这些结果反映了大脑在睡眠不足后需要投入更多资源以提高通信效率，防止认知处理能力的下降。

图2. 显著增强的连接器中枢主要分布在控制网络和突显网络中

该研究有利于我们更好的理解大脑网络对睡眠剥夺的适应能力，对睡眠缺乏的有效干预提供了新的思路。该研究得到国家重点研发计划（2021YFC2501500）的资助。文章发表于国际神经影像领域旗舰期刊NeuroImage。雷旭教授为该论文的通讯作者，田云博士为第一作者。

论文信息：

Yun Tian (田云), Xue-Rui Peng (彭学睿), Zihan Tang (唐子涵), Zhiliang Long (龙治良), Chao Xie (谢超), Xu Lei (雷旭), Enhanced diversity on connector hubs following sleep deprivation: Evidence from diffusion and functional magnetic resonance imaging, NeuroImage, Volume 299, 2024, 120837, ISSN 1053-8119