Are brain networks stable during a 24-hour period?
NeuroImage 59(1), 456-466
Abstract
Despite the widespread view of the brain as a large complex network, the dynamicity of the brain network over the course of a day has yet to be explored. To investigate whether the spontaneous human brain network maintains long-term stability throughout a day, we evaluated the intra-class correlation coefficient (ICC) of results from an independent component analysis (ICA), seed correlation analysis, and graph-theoretical analysis of resting state functional MRI, acquired from 12 young adults at three-hour intervals over 24 consecutive hours. According to the ICC of the usage strength of the independent network component defined by the root mean square of the temporal weights of the network components, the default mode network centered at the posterior cingulate cortex and precuneus, the superior parietal, and secondary motor networks showed a high temporal stability throughout the day (ICC>0.5). However, high intra-individual dynamicity was observed in the default mode network, including the anterior cingulate cortex and medial prefrontal cortex or posterior-anterior cingulate cortex, the hippocampal network, and the parietal and temporal networks. Seed correlation analysis showed a highly stable (ICC>0.5) extent of functionally connected regions from the posterior cingulate cortex, but poor stability from the hippocampus throughout the day. Graph-theoretical analysis using local and global network efficiency suggested that local brain networks are temporally stable but that long-range integration behaves dynamically in the course of a day. These results imply that dynamic network properties are a nature of the resting state brain network, which remains to be further researched.
Korean summary
휴지기 뇌연결망이 하루 동안 얼마나 안정적으로 유지되는지를 살핀 연구입니다. 젊은 성인들을 24시간 동안 세 시간 간격으로 반복 촬영한 휴지기 fMRI 자료에 독립성분분석(ICA), 시드 상관 분석, 그래프 이론 분석을 적용하고 급내상관계수로 재현성을 평가했습니다. 후대상피질과 설전부를 중심으로 한 기본모드 연결망, 상두정 및 이차 운동 연결망은 하루 내내 높은 안정성을 보였지만, 전대상피질과 내측 전전두엽을 포함하는 기본모드 연결망의 앞부분과 해마 연결망 등은 개인 내 변동이 컸습니다. 그래프 분석에서는 국소 연결망은 안정적이지만 장거리 통합은 시간에 따라 동적으로 변하는 양상이 나타났습니다. 이러한 동적 특성이 휴지기 뇌연결망의 본질적 성질일 수 있음을 제기하며, 연결망 연구에서 측정 시점의 영향을 고려해야 함을 시사합니다.