近日，北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室龚高浪课题组在 eLife 发表了题为“Arousal modulates functional connectivity through structured and hemispherically asymmetric community architecture during wakefulness”的研究论文。该研究结合超高场7T功能磁共振成像与同步瞳孔测量，在全脑功能连接尺度上系统探究了清醒状态下觉醒水平的瞬时波动如何调控人脑大尺度功能连接架构。

觉醒（arousal）水平是脑状态的核心维度，深刻影响感知、注意以及大尺度神经系统之间的协调。既往大量研究发现，在清醒、睡眠、麻醉以及意识障碍等不同觉醒状态之间转换时，大脑功能连接会发生显著重组。值得注意的是，即使处于相对稳定的清醒状态，觉醒水平仍会持续发生自发的小幅波动。然而，这种瞬时觉醒波动是否以及如何影响全脑功能连接，迄今仍缺乏系统认识。

为回答上述问题，本研究利用人类连接组计划的7T高场功能磁共振数据及同步采集的眼动追踪信号，以瞳孔直径作为觉醒水平的连续指标，建立了一套面向全脑功能连接的分析框架。研究首先采用滑动时间窗方法估计每条功能连接随时间变化的强度，并进一步量化其与觉醒水平波动之间的耦合程度，即觉醒-时变功能连接耦合（arousal–tvFC coupling）。在此基础上，研究利用无监督聚类识别觉醒调控功能连接的组织模式，并系统检验其网络构成、空间分布和半球不对称特征。

研究结果表明，觉醒水平并非均一地调控全脑静息态功能连接，而是呈现出清晰的低维组织结构。基于不同功能连接的觉醒耦合模式，研究识别出七个稳定的“连接模块”（图1A），每个模块均由具有相似觉醒调控特征的功能连接构成。这些模块并不是不同功能连接的随机组合，而是具有相对特异的网络构成。进一步分析发现，不同层级功能网络参与这些觉醒调控模块的方式存在系统差异：单模态功能网络之间的连接往往集中分布于少数模块，而涉及多模态联合网络的连接则更广泛地分布于多个模块之中，呈现出明确的层级化参与模式（图1B）。该结果说明，觉醒水平对静息态功能连接的调控受到大脑既有网络层级结构的约束，而非简单表现为全脑活动的同步增强或减弱。

图 1 基于觉醒-时变功能连接耦合分析的7个网络模块

特别值得注意的是，这些觉醒调控模块表现出显著且具有模块特异性的半球不对称。部分模块呈现右偏整合，即觉醒水平更突出地调控右半球内部以及右半球与对侧半球之间的功能连接；另一些模块则呈现左偏分离，即觉醒水平更突出地调控左半球内部的功能连接。不同模块具有各自独特的左右偏侧化模式，说明觉醒相关的半球不对称并非源自某一侧半球整体占优，而是嵌入不同连接模块的空间组织之中（图2）。

图 2 觉醒水平调控的模块结构呈现半球不对称性

为检验上述组织规律是否仅存在于静息状态，研究进一步对同一批被试的自然电影观看fMRI数据进行了分析。结果表明，七个模块的总体组织结构及其半球不对称特征在静息态和电影观看范式之间得到了较好保留。其中，部分核心模块（如模块6和7）在两种范式下表现出高度一致性，提示其可能反映较为稳定的内在组织原则；另一些模块的对应程度相对较低，则表明丰富的外部感官输入会对部分觉醒-功能连接耦合模式产生情境依赖性的调节。

综上，该研究从动态功能连接视角出发，系统揭示了清醒状态下瞬时觉醒波动调控人脑功能连接的结构化组织模式：觉醒水平通过一组低维、稳定的连接模块影响全脑功能交互，并表现出模块特异性的半球不对称特征。上述发现突破了将觉醒视为均一全局调控因素的传统认识，为理解觉醒水平如何影响大尺度脑功能活动及其左右半球分工提供了新的视角。

该研究论文第一作者为课题组博士生孔祥宇，通讯作者为龚高浪教授，共同作者包括课题组博士生李思语。该研究得到了国家自然科学基金、国家科技重大专项以及中央高校基本科研业务费专项资金的资助。

论文链接：https://elifesciences.org/articles/110294

论文信息：Kong, X., Li, S., & Gong, G. (2026). Arousal modulates functional connectivity through structured and hemispherically asymmetric community architecture during wakefulness. eLife, 15：RP110294.