また、fMRIで得られたグローバルシグナルトポグラフィの安静時変調は、一過性のコアクティビティパターンを介していることを明らかにした

Rest-task modulation of fMRI-derived global signal topography is mediated by transient coactivation patterns.

• Jianfeng Zhang
• Zirui Huang
• Shankar Tumati
• Georg Northoff

抄録

最近の安静時機能MRI(fMRI)の研究により，大域信号(GS)は灰白質全体で不均一な空間分布を示すことが明らかになってきた．このトポグラフィが情報を提供するかどうかはほとんど不明である。そこで我々は、Human Connectome ProjectのfMRIデータセット（n = 837）の大規模サンプルを用いて、静的なGS相関と動的な共活性化パターンを解析することで、安静時におけるGSトポグラフィの変調を検証した。安静時および7つのタスクにおけるGSトポグラフィを、まずGSと局所時系列（GSCORR）との相関により測定した。安静時には、主に一次感覚野と運動野で高いGSCORRが観測され、連合脳領域では低いGSCORRが観測された。このパターンは7つのタスク中に変化し、主に感覚運動野でGSCORRが減少した。重要なことは、このGSCORRの安静時変調は、GSのピーク期（GS-peak）における一過性の共活性化パターンに起因していることである。GSCORRのトポグラフィーと呼吸効果を比較したところ、呼吸のトポグラフィーは安静時のGSのトポグラフィーを模倣しているのに対し、課題時には両者が異なっていることがわかりました。最後に、安静時におけるGSトポグラフィの変調は、他の生理的ノイズ源によってのみ説明できるものではなかった。以上のことから、本研究では、GSトポグラフィの安静時タスク変調、動的共働化パターン、タスク中の呼吸効果との部分的な解離を示すことで、GSトポグラフィの情報量の多さを実証した。

Recent resting-state functional MRI (fMRI) studies have revealed that the global signal (GS) exhibits a nonuniform spatial distribution across the gray matter. Whether this topography is informative remains largely unknown. We therefore tested rest-task modulation of GS topography by analyzing static GS correlation and dynamic coactivation patterns in a large sample of an fMRI dataset (n = 837) from the Human Connectome Project. The GS topography in the resting state and in seven different tasks was first measured by correlating the GS with the local time series (GSCORR). In the resting state, high GSCORR was observed mainly in the primary sensory and motor regions, whereas low GSCORR was seen in the association brain areas. This pattern changed during the seven tasks, with mainly decreased GSCORR in sensorimotor cortex. Importantly, this rest-task modulation of GSCORR could be traced to transient coactivation patterns at the peak period of GS (GS-peak). By comparing the topography of GSCORR and respiration effects, we observed that the topography of respiration mimicked the topography of GS in the resting state, whereas both differed during the task states; because of such partial dissociation, we assume that GSCORR could not be equated with a respiration effect. Finally, rest-task modulation of GS topography could not be exclusively explained by other sources of physiological noise. Together, we here demonstrate the informative nature of GS topography by showing its rest-task modulation, the underlying dynamic coactivation patterns, and its partial dissociation from respiration effects during task states.