在过去的几十年里，我们对人类和灵长类动物的脑构造有了很多新的认识，在这个过程中，科学家们也在试图从功能的角度理解脑网络，这也便是脑区之间的功能连接（functional connectivity, FC）。
大脑的网络神经科学家们是如何研究大脑的功能连接呢？
在被试安歇的状态，研究者们利用功能性核磁共振获取被试在韶光序列上的静息态大脑影像，通过剖析不同脑区共同激活的程度，可以理解到脑区之间神经活动的模式，以及各个脑区是否在分享信息【1】 。
这种图像即是静息态功能核磁共振成像。从脑区功能互动的综合网络这个角度来研究大脑，可以理解到人脑的大规模神经活动是如何进行的，以及大脑的功能连接是如何与人类的日常行为干系联的。现如今，已经有很多新的影像学技能和数据剖析方法被运用到这个领域，图一展示了剖析方法【2】。
图一：静息态功能核磁共振研究方法流程【2】
大脑的静息态网络
迄今为止，神经科学家们已经创造多种静息态脑网络。在我们安歇的状态，不同脑区在功能上还是相互连接的，这便是静息态网络。图二列出目前已知的几种静息态脑网络，个中包括运动网络，视觉网络，左/右偏侧的额顶网络，突显网络，默认网络和把稳网络等【2】。
图二：静息态网络【2】
精神疾病和静息态网络
人类大脑的静息态网络会在精神疾病的影响下涌现非常吗？近几年的静息态功能性核磁共振研究表明，精神疾病患者的脑功能构造会显示出非常活动。
多个研究表明，精神分裂症和双向情绪障碍症（Bipolar Disorder，BD）患者的前额皮层（prefrontal cortex, PFC）干系联的网络呈现出失落衡的状态。
例如，在精神分裂症患者额顶皮层的连接存在非常状态，而更生动的额-杏仁核连接存在于BD患者中，末了在这两种精神疾病患者的脑网络中，同时存在减少的额-枕连接。
BD患者的默认网络（default-mode network，DMN）和觉得运动网络（sensorimotor network，SMN）也存在非常，而精神分裂症患者的DMN, 中心实行网络（central executive network, CEN），和听觉视觉网络存在更繁芜的变革。
神经递质系统精神疾病患者不仅存在非常的静息态网络，他们的神经递质系统也存在非常状态。例如，精神错乱和躁狂症状被认为和非常的多巴胺（dopamine，DA）活动有关，而血清素的非常也被创造和情绪障碍有关系。
早期关于精神分裂症的多巴胺假设，便是基于研究者在患者体内不雅观察到多巴胺的非常而提出的。图三和图四是多巴胺以及血清素（serotonin，5-HT）在人脑的通路图。
图三：多巴胺通路图 （图片来源：www.brainimmune.com）
图四：血清素通路图 （图片来源：healthjade.com/serotonin/）
那么问题来了：
考虑到精神疾病患者同时存在异变的的静息态网络和神经递质系统，那么在患者中这两个别系有什么联系？神经递质会影响RSNs吗？
神经递质调控静息态网络
图五绘入迷经递质DA和5-HT与静息态网络的联系，我们看到从DA和5-HT的合成中央到它们的通路，会和RSNs有重合。
例如，从解剖学角度来看，多巴胺黑质纹状体通路会紧张投射到DMN，个中DMN包括背侧纹状体，苍白球，和丘脑腹侧核。血清素的投射通路会经由SMN和DMN。
图五：大脑中的神经递质以及静息态网络【8】
DA是如何调节RSNs活动的？
实验表明，和安慰剂组比拟的情形下，注入左旋多巴（L-DOPA，DA的前体）的康健被试，他们的基底神经节和左前以及左中后的运动皮层的功能连接提高了，而在注射了氟哌丁苯（haloperidol, 一种安定药物）之后，这个区域的FC降落了【3】。
关于L-DOPA影响RSNs的研究还有很多，总体上看，DA的旗子暗记可以增强FC的内部网络以及SMN的活动。
DA活动也会调节大脑的突显网络（salience network，SN）。例如，在康健被试中，服用L-DOPA和haloperidol会分别增强以及降落腹侧纹状体和脑岛之间的功能连接【4】。多个研究均表明DA旗子暗记会增强FC的内部网络以及SN的活动。
末了，研究也创造，DA会影响到DMN的活动。在服用L-DOPA后，科学家创造，康健被试的DMN连接被降落了，后扣带回皮质（posterior cingulate cortex, PCC）和前额皮质之间的功能连接有所降落。数据表明，DA的旗子暗记会降落FC的内部网络以及DMN的活动。
5-HT调节RSNs既然DA会增强SMN和SN，并且降落DMN的活动，那么另一种神经递质5-HT会对这些静息态网络有什么影响呢？
急性色氨酸耗尽（acute tryptophan depletion, ATD）是一种常见的饮食方法，用来短暂降落5-HT水平【5】。研究创造，服用ATD降落5-HT活动之后，被试的顶上小叶，旁中心小叶和中心前回的低频颠簸的部分振幅（fractional amplitude of low frequency fluctuations， fALFF）有所增强【6】。这些数据表明，5-HT旗子暗记会降落SMN的活动。而另一项研究却创造，5-HT会增强DMN的活动【7】。
新综述Conio和同事于今年在Molecular Psychiatry上揭橥了一篇文章，探究神经递质是如何调控静息态网络的，并在此根本上提出一个模型【8】。
在剖析已有结果之后，他们创造，掌握神经递质旗子暗记会影响神经递质核的皮层下及皮层构造功能连接（FC），和RSNs的皮层活动（fALFF）。简而言之，神经递质会影响功能连接和静息态网络的活动。
Conio和同事总结创造，多巴胺黑质（Dopaminergic substantia nigra, SNc）干系的黑质纹状体通路紧张和SMN相连接，而它的腹侧被盖区（ventral tegmental area， VTA）干系的脑皮质边缘通路则和SN相连接。
另一方面，血清素中缝核（serotonergic raphe nuclei, RNi）干系联的通路和SMN以及DMN相连接。SNc干系的功能连接和SMN活动呈正干系，而RNi干系的功能连接和SMN呈负干系。
多巴胺旗子暗记与增强的SMN和SN的活动以及功能连接干系，而血清素旗子暗记则与降落的SMN和增强的DMN活动干系。图六表明了神经递质和RSNs之间的关系。
这些结果提示不同神经递质的活动改变，会调节静息态网络的功能连接和低频颠簸的部分振幅。那么这是什么意思呢？在这里，我们须要阐明一下，FC和fALFF到底是丈量什么的。
大略来说，FC丈量的是不同脑区 BOLD (Blood oxygenation level dependant)旗子暗记震撼的同等性【9】，可以用来探究在低频振荡中，长间隔神经元同步是如何进行周期性的调节【9】【10】。
FC的涌现被认为是大脑内在活动的滞后构造，由此来假设它的动态起源【11】。因此，FC的变革有可能影响着不同神经区域或者网络之间的互换模式，而这进而反响出行为上的变革。
低频颠簸的部分振幅（fALFF）则被当作正在进行的神经元内部活动的指标之一。它在静息态活动的变革会影响之后的神经元活动，例如，处理新的刺激信息。
FC和fALFF之间的关系非常繁芜。一样平常来说，在康健被试中，它们呈正干系【12】【13】，这有可能受到不同的脑区，神经递质和其他化学旗子暗记的影响。
图六：Conio和同事总结已揭橥的干系数据，得入迷经递质和静息态网络之间的关系【8】
在理解完FC和fALFF丈量的是什么之后，我们再回到这篇文章，作者根据他们的数据，假设神经递质的脑干核（图三和图四DA和5-HT的nuclei）的活动会调节不同皮层和皮层下组织的静息态网络的低频振荡合成模式（用FC来丈量），这个改变则会影响到其静息态网络的神经元活动（fALFF丈量），从而改变信息处理的过程，终极导向人类不同的生理和行为模式。
更详细的来说，这篇文章的作者们假设DA旗子暗记同步导致SMN，SN活动的增强，和DMN活动的降落。这有可能会导向更多的精神运动的激活和对觉得刺激的敏感。
另一方面，5-HT旗子暗记会降落SMN的活动，并方向于DMN活动，这会抑制我们的精神运动。因此，DA和5-HT旗子暗记会对不同的静息态网络产生不一样的浸染，从而对人类行为产生影响。图七视觉化了DA和5-HT对静息态网络的影响。
图七：DA和5-HT nuclei对SMN和和DMN活动的影响【8】
精神疾病下的神经递质和RSNs的相互浸染
双相情绪障碍患者会经历相反的症状，狂躁和烦闷。从RSNs的研究中，我们看到，病人在狂躁的状态中，SMN会非常突出，而DMN的连接则会减少，表现在SMN和DMN之间的平衡会逐步导向SMN【14】。
在烦闷的状态里，则DMN会突显出来，表现于SMN和DMN之间的平衡会导向DMN【14】。从神经递质的层面，科学家创造，BD患者在烦闷状态里，5-HT通报会增强，而DA通报则相对应的降落【15】【16】。
在精神分裂症中，个中一个核心特质是精神症状的涌现，这包括企图和抱负的症状。然而由于这些症状也存在于其他的精神疾病中，包括BD，这导致精神分裂症患者的静息态活动存在很多的模式，例如增强的SN，SMN活动和降落的DMN活动【17】【18】，以及增强的DMN活动和降落的SN，SMN活动【19】【20】。在神经递质的层面，精神分裂症患者会涌现DA的上升【21】。
在这篇文章中，作者提出的模型，假设5-HT旗子暗记的降落和RNi的功能紊乱有可能会导致DMN活动的降落，从而导向SMN-SN活动的增强，终极涌现精神运动的引发，和对觉得刺激和外部想法的敏感（即狂躁状态）。
而DA旗子暗记的缺失落和SNc-VAT的功能紊乱则会导致SMN-SN活动的降落从而引起DMN活动的增强，终极导向精神活动的抑制，从而对刺激和内部想法较为迟缓（即烦闷状态）。
末了，DA旗子暗记的亢奋会导致SMN-SN过于生动，从而引出对不干系刺激的愉快以及过度的精神活动（即精神症状）。图八展示了根据这个模型，三种精神状态的神经递质和RSNs的关系。
当然，作者也提到其他中介物例如乙酰胆碱和内源性阿片样物质也有可能结合DA和5-HT从而对RSNs产生影响。
图八：狂躁，烦闷和精神症状对应的神经递质和RSNs【8】
精神疾病的治疗一贯是个难题，目前我们对其诊断的标准还是基于症状，如果能够有更准确的biomarkers，那么这对付临床诊断和治疗会有非常大的帮助。
Conio和同事提出的这个模型，给出了一个我们在人类和动物模型里可以详细丈量并验证的模型，而更详细的理解人类静息态网络和神经递质之间的关系，则有助于精神疾病药物和治疗手段的研发。
末了，想和大家分享一个小片段。Facebook创始人Mark Zuckerberg和他的夫人Priscilla Chan在2015年的时候成立了Chan Zuckerberg Initiative基金会，目的在于“发展人类未来，促进康健教诲，科学研究和能源领域的平等”。
在一个采访中，Priscilla Chan说到：“青霉素在80年前并不存在，然而现在我们已经开始对DNA进行编辑...... 现在我们的一个目标就在本世纪末，治愈所有疾病”。
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作者信息
作者：Ayden （brainnews创作团队）
校审：Simon （brainnews编辑部）
