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香港大學（港大）工程學院電機與計算機工程系講座教授兼林護基金教授（生物醫學工程）吳學奎及研究助理教授梁志倫領導的研究團隊，在揭示大腦如何透過大規模神經網絡動態變化處理訊息方面取得重大突破。相關成果已發表於《Nature Communications》。

研究發現，大腦在接收到短暫的神經訊號後，僅需數秒即可完成網絡結構的重組。這一發現挑戰了長期以來基於功能性磁共振成像（fMRI）技術所形成的傳統認知，即大腦網絡變化通常是一個緩慢且漸進的過程。

解碼大腦快速動態變化機制
大腦是一個高度複雜且持續變化的系統，會不斷適應環境，在「內部導向」（如記憶提取或白日夢）與「外部導向」（處理來自外界的感官訊息）兩種狀態之間靈活切換。

傳統上，靜息態功能性磁共振成像（rsfMRI）被廣泛用於在人類和動物未執行特定任務時，以非侵入方式描繪大腦的大尺度網絡結構。然而，這些腦網絡是否能以足夠快速且靈敏的方式發生變化，從而支持上述狀態之間的快速切換，一直尚未明確。

港大生物醫學成像與訊號處理實驗室的博士後研究員謝林杉及王勳達等人，在大鼠模型中採用創新的光遺傳學技術，從丘腦（負責向大腦皮層傳遞及整合感覺訊息的關鍵區域）的興奮性神經元觸發單次神經活動。研究發現，只需一個持續10毫秒的短暫神經脈衝，便可在約2秒內引發全腦範圍的rsfMRI網絡重組。

主要研究發現
本研究揭示了大腦如何優先處理突發外界訊息：

1. 大腦網絡快速重構
當丘腦發出感覺訊號時，大腦會迅速由以內在活動為主的網絡，切換至以處理外部訊息為主的網絡。

2. 神經調節樞紐的關鍵作用
基底前腦（basal forebrain）及下丘腦（hypothalamus）在內外狀態轉換過程中發揮關鍵樞紐作用。

3. 神經同步機制
透過同步進行rsfMRI與電生理測量，研究團隊證實，這種快速網絡動態變化是由特定神經活動的同步直接驅動。

研究意義
該研究為理解大腦如何實現對環境刺激的快速反應奠定了重要基礎。同時，鑑於多種認知及神經系統疾病均與大腦網絡動態異常密切相關，這一成果亦為未來相關臨床研究提供了重要框架。

研究成果與支持
吳學奎教授表示：「這項成果體現了工程學院及電機與計算機工程系在跨學科研究方面的持續投入，並進一步推動生物醫學影像與神經科學領域的發展。」

本研究獲香港研究資助局（Hong Kong Research Grant Council，C7052-23GF）及林護基金會支持。相關論文《Brain-wide resting-state fMRI network dynamics elicited by activation of single thalamic input》已發表於《Nature Communications》，可透過以下連結查閱：https://www.nature.com/articles/s41467-025-66104-0

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