香港大學領導的研究團隊發現，大腦在接收到一次短暫神經輸入後，可在約兩秒內迅速重組全腦狀態，由內部思考導向切換為外部感官處理導向。這一研究揭示了大腦大尺度網絡具備快速而靈活的重構能力。研究結果已刊於《自然－通訊》。

論文：

• https://www.nature.com/articles/s41467-025-66104-0

研究背景

大腦會持續在不同功能狀態之間切換，以應對外界環境和內在需求。當大腦進行記憶提取、內在思考、或做白日夢時，偏向一種內部導向狀態，而當接收外來刺激時，則轉向外部導向狀態，處理感官信息。

靜息態功能磁力共振成像（Resting-State fMRI，rs-fMRI）一直是研究大腦大規模功能網絡的重要工具，可在不指定特定任務的情況下，觀察不同腦區之間的自發活動關聯。不過這類大腦網絡信號，一般被視為較慢的低頻波動，它們是否足以支持大腦對短暫神經輸入作快速反應，一直未明。

研究成果

港大電機與計算機工程系林護基金教授（生物醫學工程）吳學奎教授、助理教授（研究）梁志倫博士領導的團隊，利用光遺傳學技術，精準刺激大鼠丘腦腹後內側核（VPM）中的興奮性神經元，模擬一次來自感覺通路的單一神經輸入。結果，團隊只施加一次持續 10 毫秒的光刺激脈衝，便觀察到全腦 rsfMRI 網絡在約兩秒內開始重組，並在約 10 秒內回復基線狀態。

研究顯示，大腦靜息態網絡是層次分明的動態結構。團隊以隱馬可夫模型分析全腦 rsfMRI 數據，辨識出多個短暫而反覆出現的網絡狀態，以及它們之間的轉換路徑。當單一丘腦輸入出現時，原本與內部導向相關的網絡狀態會被快速壓制，而與感覺和體感訊息處理相關的網絡狀態則被增強，大腦藉此重新分配資源，優先處理突如其來的外部刺激。

此過程中，基底前腦和下丘腦可能擔當了關鍵樞紐角色。它們位於內部導向網絡與感覺導向網絡的交界位置。局部腦區內跨頻段的神經同步，以及不同腦區之間以慢頻振盪為主的長程同步，共同塑造了全腦網絡狀態及其轉換。

團隊同步記錄了 rsfMRI 與皮層電生理訊號，證明這種快速網絡重構是直接由神經活動同步所驅動的，並非純粹的血氧信號變化。

本研究挑戰了過往認為 rsfMRI 網絡「變化緩慢」的觀點，表明大腦的大尺度功能網絡其實具備快速而穩定的重構能力。這一發現將有助理解大腦如何即時處理環境刺激，並為認知障礙、精神疾病等神經系統研究提供新的分析框架。

研究團隊

論文共同第一作者為香港大學的 Linshan Xie、王勛達博士，共同通訊作者為梁志倫博士、吳學奎教授。

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