Mạng lưới chức năng não người có khả năng chống chịu, tần số thấp và cấu trúc tiểu thế giới với các nút vỏ não liên kết cao

Các đặc tính tiểu thế giới đã được chứng minh cho nhiều mạng lưới phức tạp. Ở đây, chúng tôi áp dụng biến đổi wavelet rời rạc cho chuỗi thời gian chụp cộng hưởng từ chức năng (fMRI), thu được từ các tình nguyện viên khỏe mạnh trong trạng thái nghỉ, để ước lượng các ma trận tương quan phụ thuộc tần số đặc trưng cho tính kết nối chức năng giữa 90 vùng não vỏ và não dưới vỏ. Sau khi vượt ngưỡng các ma trận tương quan wavelet để tạo ra các đồ thị không có hướng của các mạng lưới chức năng của não, chúng tôi phát hiện cấu trúc tiểu thế giới với các kết nối thưa thớt rõ ràng nhất trong khoảng tần số thấp 0,03–0,06 Hz. Chiều dài đường đi trung bình toàn cầu (2,49) tương đương với một mạng ngẫu nhiên tương đương, trong khi cụm (0,53) cao gấp đôi; các tham số tương tự đã được báo cáo cho mạng lưới kết nối giải phẫu trong vỏ não khỉ macaque. Mạng lưới chức năng của con người được chi phối bởi một lõi vỏ não mới với các nút liên kết cao và có phân phối độ mạnh theo quy luật lũy thừa giảm dần theo cấp số nhân. Các nút bao gồm các vùng gần đây đã tiến hóa của vỏ não hiệp đồng với các kết nối đường dài đến các vùng khác, và các vùng kết nối chặt chẽ hơn của vỏ não hiệp đồng đơn và vỏ não nguyên phát; các vùng liềm và limbic có vị trí về mặt cấu trúc tương đối ngoại vi hơn. Mạng lưới này có khả năng chống chịu tốt hơn đối với các cuộc tấn công có chủ đích vào các nút của nó so với một mạng lưới không tỉ lệ tương ứng, nhưng gần như có khả năng chống chịu tương đương đối với lỗi ngẫu nhiên. Chúng tôi kết luận rằng các dao động tương quan tần số thấp trong dữ liệu fMRI của con người có kiến trúc tiểu thế giới có thể phản ánh kết nối giải phẫu cơ bản của vỏ não. Bởi vì các nút chính của mạng lưới này là rất quan trọng cho nhận thức, động lực chậm của nó có thể cung cấp một cơ sở sinh lý cho quá trình xử lý thông tin phân đoạn và phân tán.