图 1. 清醒状态下进行rsfMRI的适应协议。
(A) 用于rsfMRI采集的定制小鼠支架的三维渲染图（Ugo Basile S.r.L）。
(B) 用于头部固定的塑料头部固定器。
(C) 限制装置和线圈定位。
(D) 适应协议的实验时间线。头部固定器手术后10天开始D1适应。
清醒小鼠中的rsfMRI网络表现出局部功能重配置
使用这种协议，我们在n = 10只清醒的C57Bl6/J雄性小鼠中获得了32分钟长的rsfMRI时间序列。为了映射清醒状态下rsfMRI网络的功能组织，我们通过基于种子的相关性映射系统地探测了rsfMRI连通性网络。这种分析揭示了强烈的左右脑半球和前后rsfMRI同步（即，“功能连通性”），包括在轻度麻醉的小鼠中先前描述的rsfMRI系统的解剖学重现的分布式网络的存在。这些被识别出的系统包括：一个默认模式网络（DMN），一个突显（岛脑-扣带）网络，一个感觉-运动的侧向皮质网络（LCN），一个视觉-听觉的侧向后部网络（LPN），以及一些亚皮质子系统，包括背侧（尾状壳核）和腹侧纹状体网络（中脑边缘通路），一个背侧海马网络，和一个广泛分布的嗅觉和杏仁核网络（见图2）。
虽然清醒小鼠中rsfMRI网络的功能组织似乎广泛地重构了之前在麻醉小鼠中映射的关键结构特征，但rsfMRI网络活动的地形和组织中的局部或更微妙的状态依赖性差异可能揭示动态特征和功能基质，这些特征和基质代表（并预测）低等哺乳动物种的清醒，有意识的状态。为了研究这个方面，我们将我们的清醒扫描中的rsfMRI网络地形与之前在年龄匹配的麻醉C57Bl6/J小鼠（n = 19）的单独队列中获得的地形进行了空间比较。有趣的是，这种比较揭示了一组在rsfMRI连通性网络的扩展和解剖组织中的局部状态依赖性差异（图3A和3B）。首先，我们发现在清醒的动物中，rsfMRI网络在探测到的某些区域及其远距离基础结构之间表现出强烈的功能性反协调。特别是在内侧前额叶皮层（PFC）和嗅觉区域之间，以及视觉-听觉区域和默认模式网络（DMN）的中线区域之间，观察到了明显的反协调性。我们观察到的反相关性伴随着清醒小鼠DMN的空间范围减小，在其中，DMN的中线皮质边缘部分和视觉-听觉后外侧部分明显分离。此外，在清醒的小鼠中，腹侧前脑区域（例如，对角束、下丘脑和伏隔核）成为一个扩展的、高度同步的网络的一部分，而在麻醉的动物中这些区域只表现出边缘的功能连接。我们还观察到更微妙的网络特异性差异，在清醒与麻醉动物之间，DMN和LCN（感觉-运动的侧向皮质网络）的皮质-皮质连接减弱，而视觉-听觉区域和基底前脑区域的连接增强。
图 3. 清醒和麻醉小鼠大脑中的rsfMRI网络地形图。
(A) 清醒（n = 10，左）和氟烷麻醉（n = 19，右）小鼠的基于种子的相关图的组平均值，阈值为具有显著连通性的体素（单样本t检验，p < 0.01，簇校正，定义阈值T = 2.8）。
(B) 组间连通性差异（两样本t检验，p < 0.01，FWER校正，定义阈值T = 2.8）。
(C) 每种条件的基于体素的功能连接性（FC）矩阵的组平均值，其中体素在轴突连接模块内进行组织，并进一步划分为网络子模块。LCN内与丘脑体素相对应的子模块没有标记（浅红色块）。
(D) 体素级别的条件间FC差异显著（双尾两样本t检验，p < 0.05，FDR校正）（DMN，默认模式网络；LCN，侧皮质网络；HC，海马网络；OF-BF，嗅觉-基底前脑网络；PFC，前额叶皮质；Cg，扣带皮质；Rs，压后皮质；TH，丘脑；CPu，尾状核；Ins，岛叶；dHC，背海马；Ent，内嗅皮质；Au，听觉皮质；M1，初级运动；SS，体感皮质；V1，视觉；BF，基底前脑；Amy，杏仁核；NAc，伏隔核；HT，下丘脑）。
这些结果得到了通过相关矩阵进行整脑体素逐一映射区域间连接性的证实（图3C和3D）。为了帮助解释这种分析的解剖学可解释性，我们将体素组织成最近在小鼠大脑中识别的轴突连接模块（图S2A）。得到的细粒度划分（图3D）证实，在清醒的动物中：（1）DMN重新配置成两个分隔的子模块划分（中线和感觉-PLN）；（2）基底前脑系统内的连接性显著增加，其中大多数上行神经调节系统都位于这里；和（3）rsfMRI网络活动表现出更高的功能性反协调（图S2B），揭示了在麻醉条件下不存在的网络之间的关系，例如DMN的中线和PLN成分之间的逆耦合（图3C和3D）。为了证实这些发现，我们将比较扩展到第三组小鼠（n = 14），这些小鼠使用不同的麻醉方案麻醉（例如异氟醚加美托咪啶），复制了这些拓扑特征（图S2E-S2G），表明它们不是特定药理机制的结果，但可以更广泛地反映麻醉诱导的反应丧失后的状态依赖性重新配置。总之，这些研究记录了小鼠的清醒状态导致了一个以增加基底前脑-皮质耦合和感觉与侧-后DMN关联皮层之间的反协调为主的局部rsfMRI网络重新配置。
rsfMRI连通性在清醒的小鼠中显示出增加的网络间通信
在清醒的小鼠大脑中观察到负相关区域是非常有趣的，因为在其他哺乳动物（如狨猴、猕猴和人类）中，类似的发现被认为是意识状态下fMRI网络活动的一个可能标志。值得注意的是，这些报告还显示，麻醉和清醒动物的网络配置可能具有不同的解剖组织特点，无意识状态更依赖于解剖图，而清醒大脑网络展示了与其基础解剖结构的拓扑偏离。为了研究是否可以将类似的原则应用于小鼠大脑，我们使用了图论方法来探测清醒和麻醉动物的结构和功能连接组之间的关系。为此，我们利用了最近对小鼠轴突连接组的解剖划分，将体素划分为四个宏观社区，空间上重构了小鼠大脑的宏观网络系统，即DMN、LCN、海马和嗅觉-基底前脑（OF-BF）区域。一个关于这些轴突社区的功能连接组的图形表示（图4A）显示，与轴突连接组的模块划分相偏离，清醒小鼠的fMRI网络表现出比相应的麻醉状态更大的区域间通信。与此观点一致，结构-功能对应关系在清醒动物中显著低于麻醉主体（p < 0.01，Mann-Whitney检验；图4B）。rsfMRI网络连接强度的正式量化证实了这些定性观察（图4C），揭示了清醒小鼠之间网络连接性的显著增加，这一发现在BF（基底前脑）和皮质-海马区域之间尤为突出（p < 0.01，Mann-Whitney检验，FDR校正）。值得注意的是，当我们将清醒的rsfMRI数据与异氟醚-美托咪啶麻醉动物获得的数据进行对比时，观察到了类似的特征（图S2H-S2J），因此支持了这一发现可能推广到其他麻醉方案的可能性。这些发现重申了之前在有意识的灵长类动物中的观察结果，表明，偏离轴突连接组的基础结构，在清醒的小鼠大脑中，rsfMRI网络活动在拓扑上重新配置，以最大化皮质和皮质下神经系统之间的交流。
图4. 清醒和麻醉状态下的结构-功能关系
(A) 小鼠大脑之前描述的轴突模块（DMN，LCN，HC和OF-BF；Coletta等人）内外的rsfMRI连通性的图形表示。每个节点集群代表相应模块内解剖学定义区域的子集。节点已经根据经验安排，以最大化图形的可读性。
(B) 清醒（n = 10）和麻醉小鼠（n = 19）的结构-功能对应。使用Mann-Whitney检验评估组间差异（p < 0.05）。
(C) 网络功能连接性的内部（对角线）和之间（非对角线）的量化（∗p < 0.05，∗∗p < 0.01，∗∗∗p < 0.001，∗∗∗∗p < 0.0001，Mann-Whitney检验，FDR校正）（DMN，默认模式网络；HC，海马；OF-BF，嗅觉和基底前脑；LCN，侧皮质网络）。
北京：
rsfMRI动态性在清醒的小鼠中表现出独特的共激活拓扑
我们的研究揭示了清醒状态下“静态”（即，时间平均）rsfMRI网络中的局部功能重配置。受到在灵长类动物和人类中识别出的意识的动态连接性标志的启发，我们假设观察到的静态网络变化同样可能反映rsfMRI的基础动态结构中的状态依赖性差异。为此，我们将rsfMRI活动分解为六个主导的重复共激活模式（CAPs），因为这些最近已被显示为支配哺乳动物大脑的rsfMRI动态，并且它们的动态已被发现可以预测人类的意识状态。进一步的分析显示，k = 6提供了在连接的以及单个数据集中解释高方差的划分，并且，当k > 6时，更高阶的聚类没有提供超过所有数据集中1%的方差解释增益（图S4A和S4B）。
与之前的研究一致，所有突出的CAP（共激活模式）拓扑都包括小鼠大脑的可识别网络系统（图5A），和相反的空间配置，描述了三个主导的CAP- anti-CAP对（CAP 1-2，3-4和5-6；图5C），捕获波动BOLD活动的峰值和低谷。有趣的是，虽然CAPs的整体解剖组织在清醒和麻醉状态下似乎是可比的，但在相应的BOLD共激活模式的解剖组织中明显出现了独特的，状态依赖的拓扑差异（图5B）。
一个特别显著的发现是，在清醒动物的CAPs 5-6中，观察到与唤醒相关的BF（基底前脑）核的强烈共激活。这种空间特征与在清醒状态下在DMN和视觉区域表现出反协调的BOLD活动峰值的丘脑和侧后视听区的较弱但广泛的共激活有关。在人类中，已经发现相似的CAPs包括类似的网络活动（参见Huang等人的SMN+ CAP16）。清醒的小鼠的CAPs 3和4也显示了BF区域的增强波动，伴随着纹状体和丘脑区域的广泛共激活，这提醒人们想起了最近在人类CAPs中描述的广泛的全脑共激活模式（参见Huang等人的GN+ CAP）。最后，清醒的小鼠的CAPs 1和2特点是在DMN的中线区域和LCN中BOLD活动峰值局部减弱，这也是在人类中观察到的（参见Huang等人的DMN+ CAPs）。这些地理差异显示，清醒状态下的rsfMRI动态是由与唤醒相关的亚皮质核和其他网络成分（例如，PLN和中线DMN）的特定共激活定义的，我们发现这些在清醒和麻醉动物的静态连接图中被不同地配置（参见图2）。这个发现证实了CAP动态和随后的平均网络活动之间的紧密联系，暗示“静态”rsfMRI连接组的功能架构在很大程度上受其基础共激活结构的塑造。
进一步支持这一观点的是，最近的研究表明，静态rsfMRI连通性的大部分变异是由展示最高共振幅的一小部分fMRI帧解释的。这一观察表明，CAPs可能同样代表BOLD活动的峰值（和谷值），这些峰值严重影响静态rsfMRI连通性的结构。为了测试这一假设，我们为清醒和麻醉状态生成了CAP共振矩阵（图S3），并将其平均拓扑与相应的时间平均的“静态”功能连通性进行了比较。这一比较分别为清醒和麻醉的rsfMRI时间序列产生了空间相关性r = 0.79（R2 = 0.62）和r = 0.78（R2 = 0.61）。当该方法应用于medetomidine-isoflurane麻醉的动物时，也发现了相似的高空间相关性（r = 0.69，R2 = 0.49）。这些结果通过显示CAPs捕获的BOLD活动的峰值解释了时间平均静态rsfMRI连通性的主导部分的变异，扩展了最近的研究。他们还表明，CAPs及其独特的状态依赖性功能配置，对清醒和麻醉诱导的反应丧失中映射的rsfMRI网络的拓扑和动态产生了至关重要的影响。
共激活模式的普遍性区分了清醒和麻醉状态 人类和灵长类研究表明，意识状态与rsfMRI连通性特征相关，这些特征的特点是主导出现典型的功能配置。这些发现促使我们调查CAP动态中类似的变化是否可能是清醒小鼠中观察到的网络重配置的基础。为此，我们首先通过量化每个共激活模式（CAP）时间序列的谱功率中的低频波动的分数幅度（fALFFs；图6C）来探测CAP振荡动态（图6A和6B）。这一分析揭示，尽管清醒和麻醉状态展示了广泛相似的极低频[0.01-0.03 Hz]动态，但在麻醉下这些慢波动的功率显著更高（p < 0.05，Mann-Whitney检验，除CAP 4外的所有CAPs）。接下来，我们计算了每个CAP在极低频（0.01-0.03 Hz）fMRI GS（ Global fMRI Signal，全局信号）周期（30-100 s长）中出现的GS相位的分布，因为之前的研究揭示了在麻醉条件下CAP的出现是与GS周期相位锁定的。有趣的是，我们发现清醒状态下的CAP也锁定到GS极低频周期（Rayleigh测试，p < 0.001，FDR校正；图6D）。然而，CAPs 3和4并没有像麻醉动物中那样表现出相反的相位出现，而是显示出与GS周期的反相一致的优选出现。此外，清醒CAPs 5和6的相位出现与麻醉动物中相应CAPs的反相相反。这些结果记录了，虽然在麻醉和清醒状态下的CAPs都出现在GS（全局信号）波动的特定阶段，但这些共激活模式的优选相位出现存在显著的状态依赖性变化。
图 6. 清醒和麻醉小鼠的共激活模式（CAPs）的极低频动态和优选出现。
(A) 清醒（红色）和氟烷麻醉（蓝色）CAP时间过程的组平均功率谱密度（平均值 ± SEM）。
(B) 全局fMRI信号（GS, 平均值 ± SEM）的功率谱密度。
(C) CAPs和GS（全局信号）频谱的低频波动的分数振幅（fALFF）的量化，作为0.01-0.03 Hz带限功率和完整动态范围带（0.01-0.1 Hz）之间的比率，用于清醒（红色）和麻醉小鼠（蓝色）（*p < 0.05；**p < 0.01；***p < 0.001，两样本t检验，FDR校正）。
(D) 每个CAP的GS（全局信号）相位分布在清醒和麻醉状态下显示出显著偏离圆形均匀性（Rayleigh测试，p < 0.05 Bonferroni校正）。
最后，为了评估观察到的任何CAP是否可能主要与特定的大脑状态相关联，我们比较了清醒小鼠和麻醉动物的CAP出现情况（图5D）。这种分析揭示了CAP流行的状态依赖性差异。具体来说，CAPs 1和2的出现（以及在很大程度上，CAPs 3和4）在麻醉状态下明显更高（大约2到5倍）。相反，CAPs 5和6在清醒状态下明显更频繁（大约3倍）（p < 0.001，双尾，两样本t检验，FDR校正）。这些结果表明，在小鼠中，CAPs在清醒和麻醉状态下至关重要的不同。重要的是，观察到非常相似的CAP出现在用异氟醚-美德托咪定麻醉的动物中（图S4G），支持可能将此观察推广到麻醉条件的可能性。为了进一步证实这些发现，我们评估了我们的预处理步骤中使用的逐帧审查的效果，并在不审查高运动fMRI帧的情况下执行了我们的CAPs分析。我们发现没有CAP严格与高运动事件相关联（图S4D和S4E），并且它们的结构与审查后获得的CAPs几乎无法区分（图S4F）。此外，逐帧清洗并未影响CAP出现率的发现（图S4G和S4H）。这些结果表明，观察到的大规模rsfMRI动态变化不是由运动影响的帧驱动的。有趣的是，还应该注意到，在清醒状态下流行的CAPs（CAPs 5和6）表现出视觉-听觉区域（PLN）和DMN区域的独特反协调参与（图5A和S3A）。这一发现回顾了更高哺乳动物物种中相似的区域反协调模式，指出了一个可能的进化保守的网络特征，预测哺乳动物大脑中的清醒，有意识的状态。
清醒状态的小鼠rsfMRI网络表现出独特的时间结构
受到最近关于有意识人类中典型CAP转换轨迹的证据的启发，我们接下来研究了是否可以在清醒和麻醉的小鼠中识别出类似不同的状态依赖性时间轨迹。为了解开清醒和麻醉状态下的顺序转换，我们将CAP时间序列建模为一个马尔可夫过程，包括CAP之间的转换概率以及自我转换（例如，持续概率）。与CAP的慢动态一致，我们发现，在与随机置换CAP序列的零假设分布相比时，清醒和麻醉状态下的所有持续概率都是非常显著的（p < 0.001，所有CAPs）。为了与CAP出现结果保持一致，接下来的状态之间的比较显示，CAPs 1-2和3-4在麻醉状态下表现出更高的持续性，而CAPs 5-6在清醒状态下表现出增加的持续性（图7A-7C，顶行）。
图7. CAP转换概率和相应的时间轨迹。
(A 和 B) 清醒（A, n = 10）和麻醉（B, n = 19）小鼠的持续性（顶行）和转换（非对角线）概率。显著的优选转换 Pij > Pji 用红色'+’符号表示。如果进入转换 Pij 是显著的，则描绘方向转换。
(C) 转换概率差异矩阵。统计显著的组间差异用'+’符号表示，如果在清醒状态下更高，则相反用'-’符号表示，如果在麻醉状态下更高。
(D 和 E) 清醒和麻醉状态下显著持续性（圆形自连接箭头）和转换（黑色箭头）概率的图形表示。显著转换（p < 0.001，1,000个代理时间序列）用箭头表示，而方向上占主导地位的转换用红圈表示。
(F) 组间显著持续性和转换概率差异。红箭头表示清醒小鼠的转换概率更高，蓝箭头表示麻醉小鼠的转换概率更高。
(G 和 H) 清醒（G）和麻醉小鼠（H）的Markov轨迹熵（HMT）。轨迹的较高熵表示从起始CAP到达CAP目的地的可访问性较低。
为了描绘清醒和麻醉小鼠的CAP转换的时间轨迹，我们接下来计算并图形化描绘相应的转换概率矩阵（图7A-7F）。这些研究揭示了清醒和麻醉状态下的典型CAP轨迹。具体来说，我们发现在清醒的小鼠中，CAPs 5和6，除了是最常重复出现（图5D）和持续存在的CAPs外，还被配置为主导吸引状态，即，它们是从所有其他CAPs最可能到达的目的地。相反，麻醉下的时间转换更为分散，其中泛皮层CAPs 3-4和DMN-LCN CAPs 1-2（即，在这种脑状态下出现最频繁的两对CAP）作为最突出的CAP吸引子浮现出来（图5D）。重要的是，在用medetomidine-isoflurane麻醉的小鼠中观察到非常相似的时间特征（图S5A-S5C），证实了这一发现的稳健性。此外，我们的结果在执行500次序列的分割一半重采样后得到了确认（r > 0.96；图S5G），并且在将组连接概率与每只单独的小鼠进行比较后也得到了确认（所有小鼠r > 0.85，一个例外r = 0.69；图S5H）。这些额外的分析强烈支持识别到的时间转换特征的稳健性和特定状态的性质。
为了研究观察到的时间转换是否可能与每对CAPs之间轨迹的复杂性的状态依赖性差异有关，我们计算了每个转换概率矩阵的Markov轨迹的熵（HMT）。这个指标提供了从另一个CAP到每个CAP的“可访问性”的估计：从起点（初始CAP i）到目的地（最终CAP j）的低描述复杂性（即，熵接近0）表示从CAP i到CAP j的几乎确定性直接路径（高可访问性）。相反，高熵值（即，接近1比特）意味着更高的不确定性，并且可访问性较低，因为轨迹包括通过不同CAPs的随机步骤到达其目的地。与我们的CAP出现结果和上述时间结构一致，我们的研究揭示了清醒动物中CAPs 5-6是两个具有最高可访问性的时间状态（图7G和7H），相反，那些在麻醉状态下表现出最低可访问性。CAPs 1-2和3-4在清醒状态下需要更复杂的转换轨迹，但在麻醉动物中具有更高的可访问性（图7G和7H）。支持我们的发现可以推广到其他麻醉方案的是，在isoflurane-medetomidine麻醉的小鼠中观察到了非常相似的CAP转换特征（图S5D-S5F）。此外，在对每个数据集执行500次分割一半重采样迭代后，我们的结果是稳健的（图S5I），并且在单鼠水平上也是稳健的（图S5J）。总之，这些结果表明，清醒小鼠的rsfMRI活动表现出典型的时间轨迹，并且清醒状态下对状态主导网络配置（CAPs 5和6）的可访问性增加，该配置以唤醒相关的BF区域的关键参与为特征，并且DMN和视觉区域之间的反协调。
讨论
通过利用一个优化的清醒小鼠rsfMRI映射协议，我们研究了清醒和轻度麻醉小鼠的rsfMRI活动的功能架构和动态组织，目的是确定随着潜在大脑状态的变化，相应的网络架构如何重新配置。我们的研究揭示，清醒小鼠的rsfMRI活动经历了特定区域的拓扑重新配置，包括网络特定区域的反相关性、在与觉醒相关的BF（基底前脑）区域中连接性的增强，以及与轴突连接组的严格结构相偏离的网络间交流的显著增加。值得注意的是，这些变化与通过将rsfMRI活动分解成重复的共激活模式来评估的信号协调的显著不同的动态模式相关。具体来说，我们发现清醒动物的rsfMRI活动表现出大量的CAPs（共激活模式）的主导发生，这些CAPs包括与觉醒相关的前脑核，以及最近被描述为在更高级哺乳动物种类中预测意识的特征，如视觉-听觉区域和DMN区域之间的瞬时反相关性。这些结果表明，清醒小鼠的rsfMRI活动主要受到BF唤醒系统状态特异性参与的影响，并且其动态结构重现了在更高级哺乳动物种类中描述的与进化有关的原则。
通过扩展对清醒小鼠中自发fMRI活动的最初映射尝试，我们的工作描述了一种协议，该协议使得能够在这种物种中可靠地实施清醒rsfMRI成像，并提供了清醒小鼠rsfMRI网络组织和动态的详细全面描述。我们的研究显示，清醒小鼠的rsfMRI网络的静态、时间平均架构重构了在麻醉条件下观察到的组织原则，包括如DMN、LCN和类似显著性网络的分布式系统的存在。在其他哺乳动物种类中，包括大鼠、灵长类动物和人类，都报道了麻醉和清醒条件之间的类似广泛拓扑对应关系，强调了自发fMRI活动的一般空间结构与其潜在结构图之间的紧密关系。
观察到的清醒状态下的局部拓扑重新配置是有趣的，因为它突显了对全身麻醉效果非常敏感的功能基质，因此可能假定在啮齿动物大脑中控制从对刺激不反应到清醒、有意识状态的转变。在这方面，我们观察到基底前脑-下丘脑区域功能连接性增强，以及它们与皮质模块之间的交流增加，这与这些区域作为哺乳动物大脑中唤醒和警觉的关键调解者的既定角色完全一致。由于有意识的感知依赖于整合不同大脑区域的专业社区的信息的能力，我们发现清醒状态下的rsfMRI网络结构显示增加的区域间交流是重要的，因为它在小鼠中重建了与其他物种的有意识条件相关的主导功能配置。这一发现也与意识的普遍理论的假设一致，根据这些理论，支持清醒、有意识状态的功能网络必须表现出全局整合，这在我们的数据中表现为皮质和皮质下网络系统之间更大的功能耦合。
我们的拓扑研究也证实了这样一个概念，即在有意识的清醒状态下，rsfMRI活动的特征明显地表现为不同大脑区域的活动之间出现反相关，这一特征在麻醉条件下几乎不存在。应该注意的是，由于我们的rsfMRI时间序列在所有条件下都经过了相同的处理，没有回归全局fMRI信号，所以这种状态依赖性的变化不能归因于方法学的伪像。类似的观察已经在灵长类动物和人类中被报道，其中它们被理论上与全球神经工作空间理论联系起来。根据这种观点，不同的信息流竞争通过在不同皮质区域的活动的相互抑制来参与广泛的区域网络，导致反相关的动态。在这个框架内，观察到的清醒状态下DMN的中间皮质边缘和后外侧视听皮质部分的分离是有趣的，因为它突显了在清醒啮齿动物中发生的局部、状态依赖性网络重新配置，包括大鼠，然而，在更高级的哺乳动物中似乎没有直接的相关性，灵长类动物可能是个例外。由于这种分离影响了广泛分布的单突触连接社区，我们推测它可能反映了一个旨在增加皮质信息容量的主导配置（即，产生的可区分活动模式的数量），在其他方面差异较小的啮齿动物的后外侧皮质。这样的后部和中线DMN成分的功能分离在更高级的哺乳动物种类中可能不是必要的，由于更大和更专业化的皮质分化。
我们对清醒状态下的rsfMRI活动进行了重复的CAPs分解，揭示了一个独特的动态结构，重现了有意识的灵长类和人类网络组织的基础原则，包括：（1）识别出一个主要的状态支配的CAPs，其具有丰富的拓扑组织，不严格地固定在轴突结构上，并且在视觉-听觉和DMN区域之间有突出的反协调；和（2）典型的时间轨迹，其中特定状态的CAPs被配置为主导网络吸引子。相比之下，麻醉状态与由基础轴突结构塑造的顶级临时状态相关，其中DMN和视觉-听觉区域得到了广泛的整合。这些发现与之前关于有意识网络活动的理论概念化一致，将有意识网络活动视为分离和全球大脑同步的间歇时期的平衡重现。
除此之外，我们的结果还突显了激活模式的拓扑组织中关键的状态依赖性差异，证据表明BF、下丘脑和丘脑区域在清醒状态下有明显的参与，但在麻醉状态下没有。由于CAP拓扑与产生的网络活动模式之间的紧密联系，这一发现很重要，因为它表明清醒状态下的rsfMRI网络动态是由BF和丘脑基底区域临床形成的，证实了之前假设的这些区域参与清醒网络组织。重要的是，我们对CAP拓扑的研究表明，rsfMRI动态的状态特异性差异可能伴随着由此产生的激活模式的拓扑重新配置的显著状态特异性差异，导致识别可能临床形成网络活动的功能基质。未来扩展我们的分析方法，以映射更高物种的状态依赖性拓扑差异是有必要的，以研究我们的观察在物种和意识状态之间的预测和进化有效性。
我们的结果提供了关键的实证数据，这些数据可能衡量当前意识理论模型的预测有效性，并帮助进一步发展和约束哺乳动物大脑中自发大脑动态的新兴计算模型。例如，观察到CAPs及其振荡模式在有意识状态下特异性地重新配置，这可能有助于完善基于使用耦合振荡器的当前大脑模型。此外，我们在清醒状态下观察到功能连接性和基础解剖结构之间发散增加的实证发现，与描述意识出现的理论模型在能量在重新进入连接的网络中的分布或重新分布方面是广泛兼容的。开发能够预测大脑广泛激活模式的拓扑和动态结构的理论模型，结合有针对性的功能连接组扰动，可能是确认和排除有关哺乳动物大脑中清醒和意识出现的当前假设的关键。
我们方法的一个优点是使用可转换的读出，这使我们能够将观察到的特定状态的变化与更高哺乳动物种类的类似调查联系起来。然而，在将我们的发现推广并跨物种和研究进行比较时，需要认识到一些限制。首先，习惯于固定头部的小鼠和可能的灵长类动物的rsfMRI在多大程度上可以复现人类rsfMRI研究中特征的安静清醒状态仍然不清楚。我们的皮质酮测量是令人鼓舞的，因为它们显示我们的适应过程对应激反应是边缘的。然而，在固定头部的啮齿类动物中进行清醒成像可能涉及不直接可与人类达到的激活状态相比较的激活状态。包含同时瞳孔追踪的rsfMRI研究可能有助于将我们在这里描述的一些功能特征与激活状态波动联系起来。
其次，为了确保与之前在氟烷麻醉下获得的数据集保持一致，我们的调查仅在雄性动物中进行。未来的工作需要将我们的结果扩展到雌性小鼠，并确定可能存在的与状态有关的大脑网络动态组织中的性别相关差异。
第三，我们在研究中使用的麻醉方案通常对应轻度麻醉，尽管它们诱导动物不动和不反应，但至少可以设想，它们可能诱导残余“意识”的间歇状态。动物缺乏内部状态报告使我们谨慎减少在提到与清醒扫描相关的大脑状态时使用“意识状态”。因此，我们在这项工作中所有关于意识特征的引用都是我们的发现与人类研究中的相应调查的间接比较的结果。尽管存在这些限制，但我们在小鼠中发现的动态特征与灵长类和人类研究突出的相应特征之间的一致性程度是显著的，支持这些特征在物种之间的可能推广。最后，观察到的rsfMRI反相关的意义和神经基础仍然不清楚，未来的神经生理学调查将需要确定这种血流动力学特征是否可以与抑制性神经参与相关联。
我们描述了一种在清醒小鼠中进行rsfMRI映射的稳定协议，并报告相应的rsfMRI活动表现出典型的时空动态特征，这些特征以涉及觉醒相关核团的共激活模式的主导发生、区域间的反相关性和特异性的时间轨迹为特点。这些结果表明，清醒状态下啮齿类动物大脑的rsfMRI活动的动态结构重现了在更高级哺乳动物种类中预测意识状态的进化相关原则，并为在这个物种中实施清醒rsfMRI铺平了道路。
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