Publications · 2017 · Journal article

Individuality manifests in the dynamic reconfiguration of large-scale brain networks during movie viewing

Changwon Jang, Elizabeth Quattrocki Knight, Chongwon Pae, Bumhee Park, Shin-Ae Yoon, Hae-Jeong Park

Scientific Reports 7(1)

Abstract

Individuality, the uniqueness that distinguishes one person from another, may manifest as diverse rearrangements of functional connectivity during heterogeneous cognitive demands; yet, the neurobiological substrates of individuality, reflected in inter-individual variations of large-scale functional connectivity, have not been fully evidenced. Accordingly, we explored inter-individual variations of functional connectivity dynamics, subnetwork patterns and modular architecture while subjects watched identical video clips designed to induce different arousal levels. How inter-individual variations are manifested in the functional brain networks was examined with respect to four contrasting divisions: edges within the anterior versus posterior part of the brain, edges with versus without corresponding anatomically-defined structural pathways, inter- versus intra-module connections, and rich club edge types. Inter-subject variation in dynamic functional connectivity occurred to a greater degree within edges localized to anterior rather than posterior brain regions, without adhering to structural connectivity, between modules as opposed to within modules, and in weak-tie local edges rather than strong-tie rich-club edges. Arousal level significantly modulates inter-subject variability in functional connectivity, edge patterns, and modularity, and particularly enhances the synchrony of rich-club edges. These results imply that individuality resides in the dynamic reconfiguration of large-scale brain networks in response to a stream of cognitive demands.

Korean summary

사람마다 다른 개별성이 뇌연결망에서 어떻게 드러나는지를, 참가자들이 각성 수준이 다른 동일한 영상 클립을 시청하는 동안 fMRI로 살핀 연구입니다. 대규모 뇌연결망의 동적 기능적 연결성과 하위 연결망 패턴, 모듈 구조에서 나타나는 개인 간 차이가 뇌의 앞뒤 부위, 구조적 경로의 유무, 모듈 안팎, 리치클럽 연결 유형에 따라 어떻게 달라지는지 비교했습니다. 개인 간 차이는 뇌 뒷부분보다 앞부분의 연결, 구조적 경로와 무관한 연결, 모듈 사이의 연결, 그리고 강한 리치클럽 연결보다는 약한 국소 연결에서 더 크게 나타났으며, 각성 수준은 이러한 변이를 유의하게 조절하고 특히 리치클럽 연결의 동기화를 높였습니다. 개별성이 고정된 연결 구조가 아니라 연속되는 인지적 요구에 반응해 대규모 뇌연결망을 동적으로 재구성하는 방식에 깃들어 있음을 시사하는 결과입니다.

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