Method Article

نمذجة الشبكة الوظيفية للملاحة المكانية في الدماغ البشري

DOI:

10.3791/65150

⸱

October 13th, 2023

 ,  ,  , 
1Department of Psychology and Behavioral Sciences, Zhejiang University, 2Department of Neuroscience, Max Planck Institute for Empirical Aesthetics, 3Department of Psychiatry of Sir Run Run Shaw Hospital, Zhejiang University School of Medicine

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تقدم هذه الورقة نهجا تكامليا للتحقيق في الشبكة الوظيفية للملاحة المكانية في الدماغ البشري. يتضمن هذا النهج قاعدة بيانات تحليلية تلوية للتصوير العصبي على نطاق واسع ، والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي في حالة الراحة ، ونمذجة الشبكة وتقنيات الرسم البياني النظرية.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الملاحة المكانية هي وظيفة معقدة تنطوي على تكامل ومعالجة المعلومات متعددة الحواس. باستخدام مهام الملاحة المختلفة ، تم تحقيق العديد من النتائج الواعدة على الوظائف المحددة لمناطق الدماغ المختلفة (على سبيل المثال ، الحصين ، القشرة المخية الداخلية ، ومنطقة مكان الحصن). في الآونة الأخيرة ، تم اقتراح أن عملية الشبكة غير المجمعة التي تنطوي على مناطق دماغية متفاعلة متعددة قد تميز بشكل أفضل الأساس العصبي لهذه الوظيفة المعقدة. تقدم هذه الورقة نهجا تكامليا لبناء وتحليل الشبكة الخاصة وظيفيا للملاحة المكانية في الدماغ البشري. باختصار ، يتكون هذا النهج التكاملي من ثلاث خطوات رئيسية: 1) تحديد مناطق الدماغ المهمة للملاحة المكانية (تعريف العقد) ؛ 2) تقدير التوصيلية الوظيفية بين كل زوج من هذه المناطق وبناء مصفوفة التوصيلية (بناء الشبكة)؛ 3) للتحقيق في الخصائص الطوبولوجية (على سبيل المثال ، النمطية والعالم الصغير) للشبكة الناتجة (تحليل الشبكة). يمكن أن يساعدنا النهج المقدم ، من منظور الشبكة ، على فهم أفضل لكيفية دعم دماغنا للتنقل المرن في البيئات المعقدة والديناميكية ، ويمكن أن توفر الخصائص الطوبولوجية المكشوفة للشبكة أيضا مؤشرات حيوية مهمة لتوجيه التحديد والتشخيص المبكر لمرض الزهايمر في الممارسة السريرية.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الخصوصية الوظيفية هي مبدأ تنظيمي أساسي للدماغ البشري ، والذي يلعب دورا حاسما في تشكيل الوظائف المعرفية1. يمكن أن تعكس التشوهات في تنظيم الخصوصية الوظيفية الإعاقات المعرفية المميزة والأسس المرضية المرتبطة باضطرابات الدماغ الرئيسية مثل التوحد ومرض الزهايمر 2,3. بينما تميل النظريات والأبحاث التقليدية إلى التركيز على مناطق الدماغ المفردة ، مثل منطقة الوجه المغزلي (FFA) للتعرف على الوجوه4 ومنطقة مكان الحصين (PPA) 5 لمعالجة المشهد ، تشير مجموعة متزايدة من الأدلة إلى أن الوظائف المعرفية المعقدة ، بما في ذلك الملاحة المكانية واللغة ، تتطلب تنسيق ا....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ملاحظة: يتم عرض جميع البرامج المستخدمة هنا في جدول المواد. كانت البيانات المستخدمة في هذه الدراسة لأغراض العرض التوضيحي من مشروع الشبكة العصبية البشرية (HCP: http://www. humanconnectome.org)15. تمت الموافقة على جميع الإجراءات التجريبية من قبل مجلس المراجعة المؤسسية (IRB) في جامعة واشنطن. تم الحصول على بيانات التصوير في مجموعة بيانات HCP باستخدام ماسح ضوئي 3T Siemens Skyra معدل مع ملف رأس 32 قناة. تم تفصيل معلمات الحصول على الصور الأخرى في ورقة سابقة16. تم تنزيل الحد الأدنى من البيانات المعالجة مسبقا للعرض التوضيحي ، والذي انتهى من خطوات المعالجة المسبقة التالية: تصحيح تشوه التدرج ، وتصحيح الحركة ، والمعا....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

شبكات الملاحة
حددت الدراسة الحالية 27 منطقة دماغية مرتبطة بالملاحة المكانية من خلال دمج أحدث قاعدة بيانات للتصوير العصبي للتحليل التلوي وأطلس AICHA. تتكون هذه المناطق من المناطق الصدغية الإنسية والجدارية التي تم الإبلاغ عنها بشكل شائع في دراسات التصوير العصبي للملاحة. يظهر التوزيع المكاني لهذه المناطق في الشكل 5A والشكل 5C. على سبيل المقارنة ، تصورنا أيضا تعريفا سابقا لمناطق الملاحة المكانية في الشكل 5B

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

من المتوقع أن يساعد علم الأعصاب الشبكي في فهم كيفية دعم شبكة الدماغ للوظائف المعرفية البشرية32. يوضح هذا البروتوكول نهجا تكامليا لدراسة الشبكة الوظيفية للملاحة المكانية في الدماغ البشري ، والتي يمكن أن تلهم أيضا نمذجة الشبكة للتركيبات المعرفية الأخرى (مثل اللغة).

يتكون هذا النهج من ثلاث خطوات رئيسية: تعريف العقدة ، وبناء الشبكة ، وتحليل الشبكة. في حين أن بناء الشبكة وتحليل الشبكة هي نفسها الموجودة في دراسات الشبكة العامة للدماغ بأكمله ، فإن تعريف العقدة هو الخطوة الأكثر.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعلن المؤلفون أنه لا يوجد تضارب في المصالح.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم دعم Xiang-Zhen Kong من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (32171031) ، STI 2030 - المشروع الرئيسي (2021ZD0200409) ، صناديق البحوث الأساسية للجامعات المركزية (2021XZZX006) ، ومركز تكنولوجيا المعلومات بجامعة تشجيانغ.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
صندوق أدوات اتصال الدماغ (BCT)Mikail Rubinov & amp أولاف سبورنز 2019The Brain Connectivity Toolbox (brain-connectivity-toolbox.net) عبارة عن مجموعة أدوات MATLAB لتحليل الشبكة المعقدة (الرسم البياني) لمجموعات بيانات اتصال الدماغ الهيكلية والوظيفية.
غريتناجينهوي وانغ وآخرون.2GRETNA هو صندوق أدوات لتحليل الشبكة النظرية للرسم البياني يسمح للباحثين بإجراء تحليل شامل لطوبولوجيا الشبكة الدماغية من خلال دمج معظم مقاييس الشبكة التي تمت دراستها في مجال علم الأعصاب الحالي.
MATLABMathWorks2021aMATLAB عبارة عن منصة برمجة وحوسبة رقمية يستخدمها ملايين المهندسين والعلماء لتحليل البيانات وتطوير الخوارزميات وإنشاء النماذج.
PythonGuido van Rossum et al.3.8.6Python هي لغة برمجة تتيح لك العمل بسرعة أكبر ودمج أنظمتك بشكل أكثر فعالية.
رسم الخرائط البارامترية الإحصائية (SPM)Karl Friston et.al 12الخرائط الإحصائية البارامترية  يشير إلى بناء وتقييم العمليات الإحصائية الموسعة مكانيا المستخدمة لاختبار الفرضيات حول بيانات التصوير الوظيفي.
رسم

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kanwisher, N. Functional specificity in the human brain: a window into the functional architecture of the mind. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (25), 11163-11170 (2010).
  2. Coughlan, G., Laczo, J., Hort, J., Minihane, A. M., Hornberger, M.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Spatial NavigationFunctional Brain NetworkNetwork AnalysisFMRI DataBrain ConnectivityGraph TheoryHippocampus FunctionSmall WorldnessClustering CoefficientAlzheimer s Biomarkers

Related Articles