The human brain dynamically integrated and configured information to adapt to the environment. To capture these changes over time, dynamic second-order functional connectivity was typically used to capture transient brain patterns. However, dynamic second-order functional connectivity typically ignored interactions beyond pairwise relationships. To address this limitation, we utilized dynamic triple interactions to investigate multiscale network interactions in the brain. In this study, we evaluated a resting-state fMRI dataset that included individuals with psychotic disorders (PD). We first estimated dynamic triple interactions using resting-state fMRI. After clustering, we estimated cohort-specific and cohort-common states for controls (CN), schizophrenia (SZ), and schizoaffective disorder (SAD). From the cohort-specific states, we observed significant triple interactions, particularly among visual, subcortical, and somatomotor networks, as well as temporal and higher cognitive networks in SZ. In SAD, key interactions involved temporal networks in the initial state and somatomotor networks in subsequent states. From the cohort-common states, we observed that high-cognitive networks were primarily involved in SZ and SAD compared to CN. Furthermore, the most significant differences between SZ and SAD also existed in high-cognitive networks. In summary, we studied PD using dynamic triple interaction, the first time such an approach has been used to study PD. Our findings highlighted the significant potential of dynamic high-order functional connectivity, paving the way for new avenues in the study of the healthy and disordered human brain.


翻译:人脑动态整合并配置信息以适应环境。为捕捉这些随时间的变化,动态二阶功能连接通常被用来捕获瞬时的大脑模式。然而,动态二阶功能连接通常忽略了超越成对关系的相互作用。为应对这一局限,我们利用动态三重相互作用来研究大脑中的多尺度网络交互。在本研究中,我们评估了一个包含精神病性障碍个体的静息态fMRI数据集。我们首先使用静息态fMRI估计了动态三重相互作用。经过聚类后,我们估计了对照组、精神分裂症和分裂情感性障碍的群体特异性状态与群体共有状态。从群体特异性状态中,我们观察到显著的三重相互作用,特别是在精神分裂症中涉及视觉、皮层下和躯体运动网络,以及颞叶和高级认知网络。在分裂情感性障碍中,关键相互作用涉及初始状态的颞叶网络和后续状态的躯体运动网络。从群体共有状态中,我们观察到与对照组相比,高级认知网络主要在精神分裂症和分裂情感性障碍中参与。此外,精神分裂症与分裂情感性障碍之间最显著的差异也存在于高级认知网络中。总之,我们首次使用动态三重相互作用研究了精神病性障碍。我们的发现凸显了动态高阶功能连接的巨大潜力,为研究健康与疾病状态下的人脑开辟了新途径。

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