我們每天的活動與休息都遵循著內在的生物鐘，即晝夜節律。它不僅影響我們的睡眠與清醒，也深刻調節著心血管、代謝乃至大腦功能。長久以來，科學家們通常用“強”或“弱”這個單一維度來衡量一個人的晝夜節律是否健康。然而，這種簡單的二分法似乎忽略了更復雜的現實：一個人可能活動節律很規律，但心率節律卻不同步；反之亦然。這兩種分別代表行為（如身體活動）和自主神經（如心率）的系統是如何協調的？它們與大腦的結構和功能又有什么關系？這些問題構成了當前研究領域的空白。

為了回答這些問題，一項發表在《npj Biological Timing and Sleep》上的研究進行了開創性的探索。研究人員不再滿足于單一的測量指標，而是同時采集了52名健康年輕人的多維度數據：他們連續約30天佩戴三星智能手表，同步記錄身體活動加速度（ACC）和心率（BPM）信號；之后，這些參與者還接受了大腦結構磁共振成像和靜息態功能磁共振成像掃描。通過將可穿戴設備數據與腦成像數據結合，研究團隊旨在構建一個更全面的“腦-體”晝夜節律圖譜，以期發現超越傳統“強弱”模型的新組織原則。

研究采用了幾項關鍵技術方法：首先，利用可穿戴設備（三星Galaxy Watch Active 2）進行長期、自然狀態下的生理與行為監測，通過定制程序以爆發模式采樣光電容積脈搏波（PPG）和加速度數據，并經過嚴格預處理提取心率（BPM）和活動（ACC）的24小時節律特征。其次，使用3T磁共振掃描儀獲取高分辨率T1結構像和靜息態功能磁共振成像數據，并通過標準的神經影像處理流程（如FreeSurfer進行皮層分割，AFNI進行功能數據預處理）量化大腦結構與功能連接。最后，應用先進的統計方法，包括余弦擬合（cosinor model）提取晝夜節律參數（如峰值相位acrophase、中值mesor）、計算節律穩定性與振幅指標，并通過偏相關分析和聚類分析（k-means）探索生理節律特征與腦網絡指標之間的關聯。研究的樣本隊列主要來自Bishop‘s大學和Sherbrooke大學社區，包括國內和國際學生。

研究結果主要圍繞幾個核心發現展開：

這部分展示了研究人群的人口學特征以及通過可穿戴設備提取的晝夜節律指標在不同群體（年齡、性別、來源）間的差異。研究發現，國際學生相比國內學生，其活動節律的峰值相位（acrophase）更晚、整體活動水平（mesor）更低，并且活動與心率的相對振幅（Relative Amplitude, RA）也更低，表明他們的晝夜節律更弱且更不分明。此外，數據有效性分析顯示，加速度計（ACC）的數據覆蓋率全天候均高于心率（BPM），特別是在白天高活動時段。不同節律指標間的相關性矩陣揭示，活動相關的穩定性指標（如日間穩定性IS）與振幅（RA）正相關，而與日內變異性（IV）負相關，但活動與心率指標之間的跨模態相關性普遍較弱。

通過偏相關分析（控制性別、年齡、來源），研究發現特定的晝夜節律特征與大腦特定網絡的結構和功能存在關聯。例如，較晚的心率峰值相位（BPM φ）與注意網絡和默認模式網絡的皮層曲率呈正相關；較低的平均活動水平（ACC mesor）與控制、默認和視覺網絡的皮層面積呈負相關；而活動與心率節律之間的延遲（ACC–BPM lag）越長，則與控制網絡的功能連接（FC）及網絡內連接（Within-FC）強度呈負相關。在穩定性/振幅指標方面，較高的活動穩定性（ACC IS）與視覺網絡更強的結構和功能連接相關。這些結果首次在健康人群中系統性地描繪了晝夜節律特征與大腦多尺度指標之間的對應關系。

為了探索不受人口學因素影響的節律原型，研究對殘差化處理后的10個節律特征進行了聚類分析，得到了兩個鮮明的“晝夜節律原型”。Cluster 0（突顯型） 表現為更早的心率峰值、更低的活動水平、更緊密的ACC-BPM耦合、更低的活動穩定性和振幅，但更高的心率振幅。Cluster 1（控制型） 則相反，表現為活動主導、節律更穩定、ACC-BPM相位延遲更長。大腦比較發現，突顯型原型（Cluster 0）在視覺皮層面積、突顯網絡曲率以及注意和突顯網絡的功能連接方面顯著更強。進一步的腦區水平分析表明，突顯型個體在感覺運動、背側注意、突顯/腹側注意、邊緣系統以及默認模式網絡的關鍵節點表現出更強的內在連接。而控制型個體則在前額葉控制網絡區域有相對增強的連接。

在討論與結論部分，研究者強調，這項研究首次在健康樣本中對比了長期連續自然生理行為監測與大腦多模態指標，其核心發現顛覆了將晝夜節律健康置于單一“弱-強”連續體的傳統觀點。研究提出了一個全新的“控制-突顯”軸來解釋個體間的差異。控制型個體表現為更高的認知控制網絡連接強度，其晝夜節律由活動（ACC）主導，具有更高的穩定性和振幅，但行為與自主神經節律常常錯位，相位延遲可達6小時以上。突顯型個體則表現為更高的突顯和注意網絡連接強度，其節律由自主神經（BPM）驅動，具有更高的心率振幅、更早的峰值相位以及更緊密的ACC-BPM耦合。

這一發現具有重要意義：首先，它表明晝夜節律的“強度”是系統特異性的， robustness（魯棒性）可以通過不同途徑實現——要么通過行為的一致性，要么通過系統間的同步性。其次，研究揭示了跨系統對齊的重要性，ACC-BPM延遲與認知控制網絡的一致性相關，這暗示那些因生活方式（如使用鬧鐘）被迫使節律去同步化的“控制型”個體，可能需要動用更多的認知控制資源。相反，“突顯型”個體緊密的腦體耦合可能支持更可預測的神經資源分配。這些節律原型也與已知的健康風險梯度相符，低自主神經振幅和錯位節律與情緒、認知風險相關，而較強的自主神經周期和緊密的行為對齊則預示著更健康的軌跡。

該研究將晝夜節律健康重新定義為一種基于軸線的、系統特異性的多維表型，涵蓋了節律的重復性（穩定性）和跨系統協調性（對齊）兩個方面。這不僅深化了對晝夜節律生理機制的理解，也為未來的臨床應用指明了方向。通過低負荷的可穿戴設備捕獲穩定性、振幅、峰值相位和ACC-BPM延遲等指標，并結合認知與網絡生物標志物，有望開發出個性化的風險評分與干預策略，用于規律作息、強化腦體同步，從而促進長期的大腦健康與認知功能。這項研究為邁向精準晝夜節律醫學提供了重要的理論框架與實證依據。