DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2528851123
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41945445
تاريخ النشر: 2026-04-07
المؤلف: Meichao Zhang وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات الاتصال الوظيفي في الدماغ
نظرة عامة
تبحث الدراسة في دور شبكة الوضع الافتراضي (DMN) في الإدراك اليومي، وخاصة قدرتها على التبديل بين معالجة المعلومات الحسية واسترجاع الذكريات. من خلال تحليل ثلاث مجموعات بيانات fMRI مستقلة، تحدد الدراسة مناطق فرعية متميزة داخل DMN يتم تنشيطها بشكل تفضيلي خلال أنواع مختلفة من اتخاذ القرار: قرارات إدراكية تتعلق بالوجوه وقرارات مستندة إلى الذاكرة بناءً على صور تم مواجهتها سابقًا.
تكشف النتائج عن تمييز ميكروهيكلي في ملفات الاتصال الخاصة بـ DMN. المناطق المشاركة خلال إدراك الوجه تظهر خصائص مناطق شبيهة بالمستقبلات، مع انحياز نحو المدخلات، مما يدل على اتصال داخلي قوي عبر القشرة متعددة الأوضاع، مما يسهل تكامل المعلومات للقرارات المدفوعة إدراكيًا. على العكس، تنشط قرارات مستندة إلى الذاكرة مناطق شبيهة بالمرسلين، مع انحياز نحو المخرجات، مع اتصال أوسع بأنظمة الإدراك الحركي والانتباه، مما يشير إلى فصل عن المدخلات الحسية المباشرة. يبرز هذا الانفصال المزدوج علاقة منهجية بين بنية DMN والعمليات المعرفية، مما يسلط الضوء على دور الشبكة في دعم الفكر البشري المرن.
الطرق
في هذه الدراسة، تم استخدام ما مجموعه 297 صورة بالأبيض والأسود، مصنفة إلى 97 وجهًا، 100 مشهد، و100 كائن. تم الحصول على محفزات الوجه من قواعد بيانات KDEF وRadboud Faces، مع اختيار وجوه بتعبيرات محايدة على خلفيات بسيطة، مما يضمن عدم تكرار الهوية عبر التجارب. تم الحصول على محفزات الكائنات من بنك المحفزات القياسية (BOSS)، بينما تم سحب صور المشهد من قاعدة بيانات فهم المشهد (SUN). للتحكم في الارتباكات البصرية على مستوى منخفض، تم عرض جميع الصور بالأبيض والأسود. شاهد المشاركون أزواجًا من الصور من فئات متميزة، مما أدى إلى ثلاث تركيبات: وجه-مشهد، وجه-كائن، ومشهد-كائن.
بيانات التصوير العصبي على مستوى المجموعة متاحة للجمهور عبر Neurovault، والمواد جنبًا إلى جنب مع نص المهمة متاحة على إطار العلوم المفتوحة. تم إنشاء أشكال الدماغ باستخدام BrainNet Viewer. ومع ذلك، لا يمكن مشاركة البيانات الخام علنًا بسبب قيود الموافقة؛ يجب على الباحثين المهتمين الاتصال بلجنة أخلاقيات البحث والحكومة في مركز التصوير العصبي في يورك أو المؤلفين المقابلين للحصول على إمكانية الوصول المحتملة، وفقًا للوائح GDPR.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى وجود اختلافات كبيرة في الدقة بين المهام المستندة إلى الذاكرة والمهام المستندة إلى الإدراك. أظهر تحليل ANOVA للقياسات المتكررة أن المشاركين أدوا بدقة أكبر في حالة 0-back مقارنة بحالة 1-back، مع دلالة إحصائية قدرها $F(1,23) = 37.83$، $P < 0.001$، وحجم تأثير قدره $\eta_p^2 = 0.62$. بالإضافة إلى ذلك، كشفت التحليلات عن اختلافات في الأداء عبر فئات الأهداف المختلفة، مما يشير إلى أن القرارات المستندة إلى الذاكرة تتطلب جهدًا معرفيًا أكبر من تلك المستندة إلى الإدراك الفوري. علاوة على ذلك، وُجد أن أهداف الوجه كانت أكثر بروزًا بصريًا مقارنة بأنواع الأهداف الأخرى، مما يبرز أهميتها في عملية اتخاذ القرار.
المناقشة
تناقش الدراسة التمايز الهيكلي والوظيفي داخل شبكة الوضع الافتراضي (DMN) وآثاره على الإدراك البشري، وخاصة القدرة على التبديل بين الإدراك والتفكير المستند إلى الذاكرة. تحدد الدراسة مناطق فرعية متميزة داخل DMN يتم تنشيطها بشكل مختلف خلال القرارات المستندة إلى الإدراك مقابل القرارات المستندة إلى الذاكرة. على وجه التحديد، تظهر المناطق المنحازة نحو المدخلات ارتباطات أقوى مع المناطق متعددة الأوضاع، بينما تظهر تلك المنحازة نحو المخرجات ارتباطًا أكبر مع الأنظمة الحسية الحركية. يشير هذا إلى إطار تنظيمي حيث ترتبط بنية DMN بالمرونة المعرفية، مما يسمح بانتقالات فعالة بين الحالات المعرفية الداخلية والخارجية.
باستخدام بيانات fMRI في حالة الراحة، قام المؤلفون بتوصيف الميكروهيكلية لـ DMN من حيث الاتصال المدخلات والمخرجات، كاشفين أن هذه الانحيازات تتماشى مع الانخراط الوظيفي خلال المهام المعرفية. تم استخدام مهمة n-back المعدلة للتلاعب في أوضاع اتخاذ القرار، مما يظهر أن القرارات المرتبطة بالإدراك (0-back) والقرارات المستندة إلى الذاكرة (1-back) تشغل وحدات فرعية مختلفة من DMN. تشير النتائج إلى انفصال مزدوج: المناطق المنحازة نحو المخرجات تكون أكثر نشاطًا خلال المهام المستندة إلى الذاكرة، بينما المناطق المنحازة نحو المدخلات تكون أكثر انخراطًا خلال المهام المرتبطة بالإدراك. لم يتم التقاط هذا التمييز الوظيفي من خلال تقسيمات DMN التقليدية، مما يبرز فائدة الاتصال الفعال في فهم دور DMN في المعالجة المعرفية. بشكل عام، تربط الدراسة بين النماذج التشريحية للميكروهيكلية لـ DMN مع الانخراط في المهام المعرفية، مما يوفر رؤى حول الأسس العصبية للفكر المرن.
DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2528851123
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41945445
Publication Date: 2026-04-07
Author(s): Meichao Zhang et al.
Primary Topic: Functional Brain Connectivity Studies
Overview
The research investigates the role of the default mode network (DMN) in everyday cognition, particularly its ability to alternate between processing sensory information and recalling memories. Through analyses of three independent fMRI datasets, the study identifies distinct subregions within the DMN that are preferentially activated during different types of decision-making: perceptual decisions regarding faces and memory-guided decisions based on previously encountered images.
The findings reveal a microarchitectural distinction in DMN connectivity profiles. Regions engaged during face perception exhibit characteristics of receiver-like, afferent-biased zones, demonstrating strong intrinsic connectivity across the heteromodal cortex, which facilitates information integration for perceptually driven decisions. Conversely, memory-guided decisions activate sender-like, efferent-biased zones with broader connectivity to perceptual-motor and attentional systems, indicating a decoupling from direct sensory input. This double dissociation underscores a systematic relationship between DMN architecture and cognitive processes, highlighting the network’s role in supporting flexible human thought.
Methods
In this study, a total of 297 grayscale images were utilized, categorized into 97 faces, 100 scenes, and 100 objects. The face stimuli were sourced from the KDEF and Radboud Faces Databases, specifically selecting neutral-expression faces against plain backgrounds, ensuring no identity repetition across trials. Object stimuli were obtained from the Bank of Standardized Stimuli (BOSS), while scene images were drawn from the Scene UNderstanding (SUN) database. To control for low-level visual confounds, all images were presented in grayscale. Participants viewed pairs of images from distinct categories, resulting in three combinations: Face-Scene, Face-Object, and Scene-Object.
The neuroimaging data at the group level is publicly accessible via Neurovault, and the materials along with the task script are available on the Open Science Framework. Brain figures were generated using BrainNet Viewer. However, raw data cannot be shared publicly due to consent limitations; interested researchers must contact the Research Ethics and Governance Committee at the York Neuroimaging Centre or the corresponding authors for potential access, in compliance with GDPR regulations.
Results
The results of the study indicate significant differences in accuracy between memory-guided and perception-guided tasks. A repeated-measures ANOVA demonstrated that participants performed more accurately in the 0-back condition compared to the 1-back condition, with a statistical significance of $F(1,23) = 37.83$, $P < 0.001$, and an effect size of $\eta_p^2 = 0.62$. Additionally, the analysis revealed differences in performance across various target categories, suggesting that decisions based on memory are more cognitively demanding than those based on immediate perception. Furthermore, face targets were found to be more visually salient compared to other target types, highlighting their prominence in the decision-making process.
Discussion
The research discusses the structural and functional differentiation within the default mode network (DMN) and its implications for human cognition, particularly the ability to switch between perception and memory-based thought. The study identifies distinct subregions within the DMN that are differentially activated during perceptually grounded versus memory-guided decisions. Specifically, regions biased towards afferent input exhibit stronger connections with heteromodal areas, while those biased towards efferent output show greater coupling with sensorimotor systems. This suggests an organizational framework where DMN architecture is linked to cognitive flexibility, allowing for effective transitions between internal and external cognitive states.
Using resting-state fMRI data, the authors characterized the DMN’s microarchitecture in terms of afferent and efferent connectivity, revealing that these biases align with functional engagement during cognitive tasks. An adapted n-back task was employed to manipulate decision-making modes, demonstrating that perceptually coupled decisions (0-back) and memory-guided decisions (1-back) engage different DMN subunits. The findings indicate a double dissociation: efferent-biased regions are more active during memory-guided tasks, while afferent-biased regions are more engaged during perceptually coupled tasks. This functional distinction was not captured by traditional DMN subdivisions, highlighting the utility of effective connectivity in understanding the DMN’s role in cognitive processing. Overall, the study bridges anatomical models of DMN microstructure with cognitive task engagement, providing insights into the neural underpinnings of flexible thought.