Hierarchical fluctuation shapes a dynamic flow linked to states of consciousness

连接体 神经科学 猕猴 意识 清醒 生物 神经影像学 计算机科学 心理学 脑电图 功能连接
作者
Ang Li,Haiyang Liu,Xu Lei,Yini He,Qian Wu,Yan Yan,Xin Zhou,Xiaohan Tian,Yingjie Peng,Shangzheng Huang,Kaixin Li,Meng Wang,Yuqing Sun,Hao Yan,Cheng Zhang,Sheng He,Ruquan Han,Xiaoqun Wang,Bing Liu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:6
标识
DOI:10.1038/s41467-023-38972-x
摘要

Abstract Consciousness arises from the spatiotemporal neural dynamics, however, its relationship with neural flexibility and regional specialization remains elusive. We identified a consciousness-related signature marked by shifting spontaneous fluctuations along a unimodal-transmodal cortical axis. This simple signature is sensitive to altered states of consciousness in single individuals, exhibiting abnormal elevation under psychedelics and in psychosis. The hierarchical dynamic reflects brain state changes in global integration and connectome diversity under task-free conditions. Quasi-periodic pattern detection revealed that hierarchical heterogeneity as spatiotemporally propagating waves linking to arousal. A similar pattern can be observed in macaque electrocorticography. Furthermore, the spatial distribution of principal cortical gradient preferentially recapitulated the genetic transcription levels of the histaminergic system and that of the functional connectome mapping of the tuberomammillary nucleus, which promotes wakefulness. Combining behavioral, neuroimaging, electrophysiological, and transcriptomic evidence, we propose that global consciousness is supported by efficient hierarchical processing constrained along a low-dimensional macroscale gradient.

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