默认网络：最新的解剖、生理研究及其研究发展过程中的新观点_60

图2 记忆回溯任务中空间记忆与任务记忆的默认网络内部的功能分离，b为7T研究中发现的差异，蓝色为该研究区分出的默认网络中的A网络，黄色为B网络，c为后续研究中的组水平结果

这些研究说明，当使用高分辨率的个性化方法来探索默认网络组织的细节时，确实可以将不同的网络分离开来。 3. 最新的结构基础相关研究 目前，能够说明默认网络存在多个分布式关联网络的证据已经不断出现。虽然最初设想默认网络是一个单一的网络，但它很可能是由多个彼此相邻的不同网络组成的（图2a）。在这一节里，作者系统的讨论了新近发现的关于默认网络的结构基础的研究，同时，还大篇幅地讨论了在灵长类动物和非灵长类动物研究中观察到的现象。这些结果给人脑的研究带来了很多启发。 当对个体内部的内在功能连通性进行充分研究时，这些网络的详细组织就会显露出来，从而使精细的空间细节得到观察，而不会与群体的平均水平相混淆。从这些研究中出现的证据表明，默认网络至少包括两个独立的网络，在大脑的后中线和前中线脑区上有明显的空间差异，这两个区域通常被认为是中心节点。 这些多个分布式网络具有组织特性，可以洞察它们的功能和发展起源。第一个显著特征是组件网络包括分布式并行节点。除了少数例外，一个网络的节点与另一个网络的节点并列。一种可能性是，这种分布式和并行的组织可能是在早期发展阶段出现的细分和专门化的结果;因此，一个单一的、差别较小的原组织在功能开发的过程中通过依赖于特定活动的过程变得专门化（作者举了一个面部视觉区在人类和猴子的视觉皮层出现并发展的例子，在成年人类和猴子中，多个外纹皮质区域(在猴脑中被称为斑块区域)优先对面部刺激做出反应。而这些具有面部选择性的皮质区域并不是先天形成的，这些区域在早期只具有视网膜的组织特性，在面部刺激（典型刺激）的反复活动下，这个区域的原型组织进行了细分和专门化。最终，颞叶皮层中靠近中央视觉表征的某些区域成为人脸的特化区域）。 第二个关键特征是，尽管这两个网络在许多关联区域并立，但它们与内侧颞叶内的后海马旁皮质的耦合关系显示出分离。文献中一个流行的主题是，默认网络参与了一系列广泛的任务，包括记忆和推断他人的想法和信仰，从而引出了关于这些任务可能共享同一核心流程的想法。 外纹视觉皮层的特化对于理解多个并置关联网络的特化具有重要的借鉴意义。虽然不同的外纹视觉区域的处理模式是共享的，而且所有区域都包含从视网膜开始的平行前馈解剖投射，但不同的特定区域对不同类别的刺激(包括面孔和风景)做出反应（即功能特异）。默认网络中的多个分布式网络也可能具有相同的处理模式，这种处理模式依赖于内部构造（即内部信息加工）的表示，而不是外部约束（即外部刺激表征）的表示，并包括专门用于不同处理域（即功能不同）的独立并置网络。 个体中明显的精细空间细节(图2a)也需要重新评估关于默认网络的组织假设。具体地说，默认网络的某些区域被估计为网络中心的“集线器”——即对默认网络的多个子网之间的信息流起信息交换的中心作用的节点。新近受到重视的默认网络的精细组织研究表明，用于确定这种强中心性区域的建模方法将需要重新评估，因为多个网络上的组平均方式是模糊的，这种模糊可能扭曲了对中心性节点的估计。沿着类似的思路，一个突出的假设是，默认网络由位于中线的一组集线器所连接的子网络组成。这种中枢与特定的子网络相互作用的可能性需要加以修正，因为假定的中心性节点，包括内侧前额叶皮质内的节点，现在已被证明参与了多个不同的、空间并列的网络。 默认网络的分布式关联网络由解剖连接支持 作者认为，以往研究中，

传统上所定义体系结构区域（文中的体系结构区域指的是包括传统的初级运动网络、颞听觉网络、枕视觉网络等）与默认网络的解剖连接的估计之间似乎不存在简单的对应关系。在神经科学研究中，一个经常持有的假设是，功能专门化的网络将与架构性定义的大脑区域（即由结构连接所定义的框架）有可定义的相互关系。 对人类和猴子骨髓结构和细胞结构的比较研究表明，默认网络由多个广泛分布的区域集群组成，包括从额极延伸的区域（其中包括9区、10区可能还有11区，这里作者所说的是布鲁德曼分区）、中线从后压部皮质延伸到楔前页的腹侧区域、后顶叶皮层接近枕叶的一部分区域、颞联合皮层的广泛区域和背外侧前额皮质内的其他区域。默认网络跨越多个相邻区域的范围表明，这些区域与传统上所定义的体系结构区域的边界经常重叠，因此，默认网络和底层体系结构区域之间不太可能像迄今为止定义的那样对应。 解剖连接的研究为我们提供了一个不同的观点。通过对示踪剂注射产生的投射模式的研究，人类神经成像对大范围默认网络模式的估计与猴子解剖之间出现了明显的同源性。图3a显示的是对恒河猴脑中与人类默认网络同类网络的一个综合估计。这些解剖投影的几个特征与典型的人类默认网络平行。 首先，白质投射的区域在空间上分布上与定义人类默认网络的多个分布式区域重合。其次，这种投射模式是通过使用分布在大脑多个区域的注射位点进行的白质纤维束追踪研究来概括的。例如，海马旁注射确定了分布网络的大部分，这一观察结果在随后的研究中得到了重复，另一项研究中包括的后扣带回注射也证实了这一点。在额极的注射也概括了网络上的许多区域。最后，一个区域内的投射区域(最明显的是顶叶联合皮层)在解剖学上是特定的。顶叶联合皮层接收和发送投射到海马旁皮层的区域是Opt（顶下小叶的尾部）。在靠近Opt的顶叶皮质内注射有时出现一种与更大区域相连接的印象，尤其是考虑到局部投射几乎总是在注射部位附近发现。相比之下，通过注射在海马旁皮质和后扣带回三角部中识别出的中心节点，其特异性得到了提高，这一区域可能是默认网络的中心区域。 在对狨猴的大脑示踪剂的研究中发现了令人惊喜的结果。狨猴拥有一个解剖学上连接的网络，其中包括在人类默认网络中发现的所有分布区域。例如,逆行示踪剂注入额极皮层区10和与其相邻的额极皮层区域9和11，可以通过示踪剂显示预测的区域包括：海马旁皮层,前扣带,顶叶腹侧、后扣带,或广泛的前颞联合皮质一值延伸到颞极(图3 b)。 人类与新大陆猴(包括狨)最近的共同祖先生活在距今约4500万年前，这一事实提出了一种有趣的可能性，即支持人类默认网络的基本解剖结构可能在数千万年前就已经在灵长类祖先身上得到了很好的体现。这个网络的一个关键特征是它与前额皮质的前顶端的连接，这是由来自三个不同的新大陆和旧大陆的猴子的共同解剖数据所支持的（新大陆猴在几个方面与旧大陆猴略有不同。最突出的表型区别是鼻子，这是最常用于区分两组的特征。新大陆猴阔鼻亚目的分支意味着“扁鼻子”。新大陆猴（除了吼猴属的吼猴）也通常缺乏旧大陆猴的三色视觉。）。 一个尚未解决的重要问题是，动物模型是否能为在人类身上发现的多个紧密并列的网络提供解剖学基础（从系统发育的角度看，这一点可能是难以解决的重要议题）。同时，这也对猴子解剖研究的解释提出了挑战，就像对群体平均人类神经成像研究的解释一样。虽然个别猴子的投射模式可以高精度地分辨出来，但注射本身往往很大，而且在个别猴子之间并不精确对齐。因此，图3b所示的红色网络可能是多个相邻网络的模糊组合。 作者假设，在人类身上发现的相互交织的平行网络反映了多个灵长类物种共享的解剖学连接的潜在组织。同时，作者认为，即使一个默认网络结构被广泛地证实存在于猴子中，它在所有或某些灵长

类物种中的差异可能要比在人类中要小。通过比较灵长类动物的额皮质区10，我们可以了解这一点。这一区域在狨猴身上比在猕猴身上更同质，而猕猴的皮质又比人类在这一区域更同质。现有的数据表明，猴子确实拥有与人类默认网络相同的基因，但其分化程度仍未确定。如果分布式关联网络（即默认网络）的进化与现存灵长类动物的额皮质区10的扩张和分化相平行，将这一现象从进化的角度来看，对构成人类默认网络的多个网络的研究将会非常有趣，因为它们同样具有相对的扩展和分化。

图3 猴脑中发现的默认网络的解剖结果，a为恒河猴，b为狨猴

注解：在a中，蓝色区域标记默认网络的主要区域，蓝线表示已知的解剖投射。AS：弓状束;CF,距状裂; CingS：扣带回; CS：中央沟; IOS：枕下沟; IPS：顶区内沟; LF：外侧(外侧)裂;LS,颞枕交界;OTS：枕颞沟;PHC：海马旁皮质;POS 顶枕沟;PS,额下沟; RhF：嗅裂;STS，颞上沟。

在b中，红色部分为通过示踪剂对狨猴的默认网络的结构连接的追踪，额叶的白色圆圈部分代表的是不同区域的注射点。黑色轮廓划定了体系结构区域界定的脑区，其中枕叶视觉皮质(V1)、中颞叶(MT)区、颞联合皮质(TE3)、初级运动皮质 (Mot)、PHC（海马旁皮质）等均作了标记以供参考。

4. 将默认网络嵌入到一个宏观的脑网络组织中 在这一节中，作者指出了构成人类联系皮层的多个相互交织的网络的一个显著特征是，它们在广泛的网络组织方面是极为相似的。这种组织主题不仅适用于分解默认网络的两个主要网络(如图2所示)，还适用于其他几个相邻的分布式关联网络，包括那些支持外部感官注意和认知控制方面的网络。因此，将默认网络与其他高级认知网络放在一个宏观的脑网络组织结构中去讨论是必要的。 尽管存在一些例外，但每个分布式关联网络往往在大脑皮层的每个主要关联区域都有一个较为独立的组织成分。此外，当所有的网络被放在一起观察时，它们的分布揭示了皮质表面的有序空间分布。在狨猴解剖连接研究(图4)中，以及在狨猴和猕猴的功能网络研究中，也发现了相同的主题和多个关联网络之间的空间关系。这些组织形式包括两个特征：第一，跨网络的组织形式；第二，不同网络在空间上有序展开。这两个特征为从进化和发展的约束中提出宏观组织的出现提供了一定的可能性。 同时，这些多个分布的关联区域在空间上都远离感觉区。这些关联区域包含多个关联网络，包括那些定义默认网络的关联网络，这些关联区域被认为是用来填充感觉网络与高级网络之间的空白的。从空间上可以观察到，与外部感官注意相联系的联想网络最接近初级感官区域，接着是多个更高阶的网络，一个接一个。就初级感觉皮层向外的空间进展而言，默认网络是最远的。有趣的是，人类小脑皮层网络表征的有序空间排列也遵循同样的顺序：小脑前叶包含主要的躯体运动模块，在此之后，小脑的后续区域代表了与皮质序列所反映的相同的联系网络。大脑联合皮层中网络的顺序在小脑中反映了两次。在小脑序列中，默认网络再次被指定为离感觉皮层最远的顶点关联网络。默认网络(或者更具体地说，由多个并列的网络组成的默认网络)位于跨模式网络的顶点，这一发现具有有趣的含义。首先，这一观察为理解神经成像早期出现的无数经验发现提供了一个背景，神经成像主要针对感知任务和刺激控制决策。集中于需要外部注意的任务的研究，会

集中强调与处理当前环境信息有关的网络的贡献。只有被动任务才会意外地放松对外部注意力的要求，从而充分揭示顶点跨模态网络中的活动，这可能是因为这些网络专门用于不同的面向内部的处理模式。 其次，沿着多个并行网络在宏观梯度上彼此相邻的概念可以发现一些重要的问题，例如，多个独立网络的存在是否为探索网络之间的竞争提供了可能。特别值得注意的是，内在功能连通性研究揭示了跨模态顶点网络与接近感觉皮质的早期网络之间的负相关关系（可能是一种对抗关系）。除了表明这些网络的功能专门化之外，这些观察结果还可能反映出在全脑范围内广泛网络集团之间竞争的稳定机制（作者对这一话题在后文中进行了进一步探讨）。

图4 人类大脑不同网络的梯度组织形式和狨猴解剖连接中发现的不同网络的梯度组织形式

5. 神经生理学 在这一节，作者通过更精确的神经生理学证据讨论了默认网络的生理基础，对于我们理解fMRI成像结果有着很重要的借鉴意义。 人类颅内记录显示，在积极的外部指导任务期间，默认网络会受到抑制。在一项关于高频宽带(HFB)信号的研究中，当个体从事活动任务时，位于后扣带皮层和内侧前额叶皮层的电极都检测到信号明显减少（可理解为负激活）。这些反应在解剖学上是选择性的，放置在辅助运动区和初级视觉皮层的电极会检测到相反的效果（即出现信号的明显增强，可以理解为激活，图5a）。对任务传导抑制HFB信号的在空间表征的结果进行观察，可以发现，这些影响跨越了默认网络的多个分布式节点。此外，HFB监测中，默认网络受到任务抑制的程度和持续时间与任务难度呈正相关，这与人类神经影像学发现的另一个特征相一致。这些发现表明，默认网络的原始定义特征是通过外部定向和被动任务状态来调节其活动水平的，这在直接记录的神经元活动中表现得很明显。 在猴子中，与任务抑制的单单位和多单位活动相关的区域在后扣带回部。相对于刺激前的基线，当猴子将目光转向暂时存在的视觉目标时，这一区域的神经活动受到了强烈的抑制，这是一项需要外界注意的任务。当收到活动任务将被延迟的提示时，这些动物的后扣带皮层的单单位活动增加，与在人类颅内记录中观察到的默认网络活动增加的现象相似。这种抑制作用对猴子和人类都具有解剖学选择性;在类似的条件下，与外部感官注意相关的侧顶叶内区域表现出增强而非抑制的活动。

图5a 人类大脑颅内电极记录发现的结果，淡蓝色为简单注视点时电极记录，深紫色为刺激目标出现时的电极记录，很清楚地可以观察到感觉运动区节点的反应与默认网络节点的反应之间是负相关的

图5 b.c b为人脑HFB电极记录的频谱图，可以看到暗示休息时和进行数学计算时，大脑后内侧皮质的能量波动随着时间变化的状态是相反的。 c为一只受过训练的猴子在大脑中单个位置及多个位置上记录的脑电变化状况，可以发现在需要外界注意的任务执行过程中，猴脑中无论是单个区域还是多个区域（默认网络中的区域）都出现了明显的活动下降

新出现的技术能够从猴子广泛的皮层区域进行长期记录，为深入探索任务抑制的电生理相关提供了一种方法。这些强大的方法，同时在许多不同的网络中调

查了神经元的反应特性，揭示了任务相关的增强和抑制作用在整个大脑中是广泛的。例如，在一项要求很高的外部任务中，明显的抑制作用与猴子大脑中假定的默认网络（我们还不确定猴脑中与人类默认网络极为相似的网络是否为默认网络）很接近，比如位于或接近Opt的顶叶联合皮层。这些有趣的方法将揭示一些关于默认网络任务抑制的生理学问题，并以一种与对人类观察相关的方式来揭示这些问题。 人类的直接神经元记录(提供了慢血流动力学测量无法获得的见解)表明，HFB信号抑制在启动外部定向任务后不久就开始了(在250 ~ 600毫秒内)，而且一旦提示休息开始，HFB活动就会迅速增加(在400毫秒内)。在猴子中，后扣带皮层活动的抑制也发生得很快(~ 300-400毫秒)。这种抑制的紧张性特征与对其他各种任务相关事件(包括目标陈述和奖励传递)的短暂反应形成对比，这可能是其机制起源的重要线索。 人类的直接神经记录也显示，在人们普遍认为依赖于内部心理状态的各种任务中，HFB信号的水平往往高于基线水平。在一项关于与注意相关的HFB信号增加的详细研究中，位于后扣带附件的颅内电极在注意力集中的数学任务中表现出HFB抑制（图5b），当在被问及个体确认的自传体记忆问题时，HFB信号则表示出增强（即抑制下降）。这种反应的层次结构(HFB的抑制在积极的外部任务中最高，在休息时居中，在需要集中内在关注的任务中最低)与神经成像的结果是一致的。 尽管如此，任务调节的活动增加到目前为止并未显示出一个简单的组织模式。异质性在多个维度上是明显的，包括邻近部位反应幅度的差异，反应潜伏期沿解剖梯度的变化和对内部心理领域内不同任务的反应的可变性。一个令人困惑的观察结果是，在那些显示自传体记忆和抑制效应的电极位置之间的重叠，要比自传体记忆和暗示休息活动时信号增加之间的重叠更多，作者认为，这些复杂的模式可能反映了一种组合，即对精细组织知之甚少，同时也反映了噪音和标准化的技术来源。因此，未来研究的一个重要途径是将个人大脑网络详细组织的新知识与广泛植入颅内记录电极的患者的定向探索相结合。 6. 对默认网络的控制 在这一节，作者讨论了默认网络的控制机制问题。 默认网络在对任务抑制的最早研究中偶然出现，随后发现的负相关现象可能反映了网络之间广泛的稳定的竞争—抑制作用。一种可能性是外部和内部处理模式使用不兼容的(甚至可能是对立的)功能设定。关键的是，支持外部和内部处理模式的每个网络和区域本身并不是单一的，例如，视觉皮层拥有一系列特殊的处理区域和嵌入在平行通路中的部分组织;这些途径与更广泛的分布式网络相互作用，用于从外部世界提取和处理信息。 正如这篇文章所讨论的一样，我们可以知道最初描述的默认网络也具有多个专门区域和分布式网络(图2)，这些区域和网络提供了与内部状态相关的功能多样性。然而，控制这些竞争和相互作用的网络的机制仍有待确定。 （1）可能的解释理论之一：丘脑皮层和基底前脑机制 丘脑皮层回路是控制分布皮层网络内部和网络之间信息流交换的候选回路。灵长类动物的某些丘脑核投射到大脑皮层的分布相关区域，而内侧髓核(也可能是内侧背核的一部分)与大脑皮层的前后区域也有着广泛的连接。这些区域可能是组成人类默认网络的关联网络的同系物。这些丘脑联合核由周围的丘脑网状核(TRN)直接调控。TRN必须通过抑制丘脑投射神经元的氨基丁酸能（GABAergic）来施加这种控制，因为TRN没有直接投射到皮质。由于丘脑投射神经元支配TRN，这种结构可能与抑制有关，也可以通过在丘脑从而实现对前额叶输入信息的前馈抑制。因此，在解剖学上，丘脑皮层回路处于良好的位置，能够在皮质网络内部和网络之间发挥广泛的影响，并充当调节中枢。 对啮齿类动物的基于丘脑回路的观察说明了TRN（丘脑网状核）神经元不同亚群