חוקרי הדמייה בדרך כלל לשקול תגובה של המוח כפעילות ממוצעת על פני ניסויי ניסוי חוזרים ונשנים והתעלמות השתנות אות לאורך זמן כמו "רעש". עם זאת, מתברר שיש אות שברעש. מאמר זה מתאר את השיטה החדשה של multiscale אנטרופיה לכימות השתנות אות מוח במישור הזמן.
כאשר בוחנים נתונים הדמייה אדם, הערכה של השתנות אות מייצגת חדשנות מהותית בדרך בה אנו חושבים על אות המוח. בדרך כלל, חוקרים לייצג תגובה של המוח כממוצע על פני ניסויי ניסוי חוזרים ונשנים והתעלמות תנודות אותות לאורך זמן כמו "רעש". עם זאת, מתברר כי השתנות אות המוח מעבירה מידע תפקודי משמעותי על דינמיקת רשת עצבית. מאמר זה מתאר את השיטה החדשה של multiscale אנטרופיה (MSE) לכימות השתנות אות מוח. MSE יכול להיות אינפורמטיבי במיוחד של דינמיקת רשת עצבית כי זה מראה תלות ורגישות לדינמיקה לינארית לינארית בנתוני לוח זמנים.
ההתקדמות בהדמייה יש מוגברת באופן דרמטי את ההבנה של תפקוד המוח שלנו. עם זאת, רבים מהיישומים של נתונים הדמייה נוטים לחזק את הנוף של המוח במצבים סטטיים ולא הדגשת פעולות קוגניטיביות כפי שהם נפרשים בזמן אמת. כתוצאה מכך, מעט מאוד ידוע על מבנה מרחב הזמן של רשתות מוח וכיצד הרצף של שינויים בדפוסי spatiotemporal פני לוחות זמנים מרובים תורם לפעולה קוגניטיבית ספציפית. המאמר הנוכחי מתאר multiscale אנטרופיה (MSE) 5, כלי האנליטי חדש להדמייה נתונים הבוחנים את מורכבותו של דפוס spatiotemporal שבסיס פעולות קוגניציה ספציפית על ידי מתן מידע על אופן המחוללים עצביים שונים ברשת תקשורת תפקודית של מוח על פני לוחות זמנים מרובים.
נגזר מתאורית המידע, ענף של מתמטיקה מיושם 7,16, MSE היה מקוריly נועד לבחון את המורכבות של אק"ג 4. בתאוריה, MSE יכול לשמש כדי לנתח את המורכבות של כל סדרת זמן; הנדרש עיקרי הוא שסדרת זמן האות מכילה לפחות 50 נקודות נתונים של זמן מתמשך. עם זאת, תלות ורגישות לדינמיקה לינארית לינארית בנתוני לוח הזמנים עלולות לגרום MSE אינפורמטיבי במיוחד של דינמיקת רשת עצבית.
כאן, אנו מתמקדים ביישום של MSE לאלקטרואנצפלוגרם (EEG) הדמייה נתונים 9,12. EEG הוא טכניקת הדמייה לא פולשנית לפי אלקטרודות המונחות על הקרקפת ללכוד את תגובות postsynaptic של אוכלוסיות של תאי עצב בקליפת המוח 1. עם רזולוציה גבוהה זמנית, EEG פוגש את אורך הזמן הנדרש הסדרה של MSE קלות מבלי לשנות את פרוטוקול הרכישה הטיפוסי. כדי להדגיש את התועלת של היישום של MSE לנתוני ה-EEG, נשווה את זה עם שיטה חדשה כוללים גישות מסורתיות יותרuding כוח פוטנציאלי ורפאים הקשורים לאירוע. כאשר משתמשים בו יחד, שיטות משלימות אלה של ניתוח לספק תיאור של הנתונים שעשויים להוביל לתובנה נוספת לתוך פעילות רשת עצבית המקנים להכרה מלאה יותר.
המטרה של המאמר הנוכחי הייתה לספק תיאור רעיוני והמתודולוגית של multiscale אנטרופיה (MSE) כפי שהוא חל על נתונים הדמייה EEG. EEG הוא טכניקת הדמייה לא פולשנית רב עוצמה המודדת את פעילות רשת עצבית עם הרזולוציה הגבוהה הזמנית. אות EEG משקפת את הפעילות הסינפטית פוסט של אוכלוסיות של תאים פירמידליים בקליפה, שהם קולקטיבי תגובות שונה על ידי קשרים הולך ושבו מעוררים ומעכבים שונים. בהתאם לכך, יש דרכים רבות כדי לנתח את נתוני ה-EEG וכל שיטה מחלצת היבט ייחודי של הנתונים.
דנו שתי שיטות נפוצות של ניתוח: ניתוח פוטנציאל (ERP) הקשורה לאירוע וניתוח כוח של רוח רפאים. ה-ERP ניתוח לוכד את הפעילות העצבית סינכרוני באות ה-EEG היא שהשלב נעול לתחילת אירוע דיסקרטי. ERPs משקף ספציפית תפיסתי, מוטורי, או פעולות קוגניטיביות, מה שהופך את הנתון הזה אידיאלי לבחינת מפרטשלבי עיבוד IFIC. ניתוח כוח רפאים מכמת את תרומתו היחסית של תדר מסוים לאות ה-EEG. לולאות משוב מעוררות ומעכבות שונות לאינטראקציה לעלות לרכבת את הפעילות של אוכלוסיות עצביות בתדר מסוים 1,3. תיאום כזה בין אזורי מוח השונים הוא חשב כדי לקדם את הכריכה של מידע ברשתות עצביות נרחבות. יש ספרות עשירה התומכת בקשר שבין כוח בטווח תדר מסוים ומצבו רגשי או קוגניטיבי ספציפי של פונקציה 3.
בעת ניתוח EEG חשוב גם לזכור שרשתות עצביות הן מערכות מורכבות עם דינמיקה שאינה ליניארי. מורכבות זו באה לידי ביטוי באות ה-EEG כתנודות חריגות שאינן התוצאה של רעש רקע חסר משמעות. כמו פעילות תנודתית סינכרוני, את יחסי הגומלין בין לולאות הולך ושבו מעוררות ומעכבות שונות לגרום לשפעת חולפתctuations באות המוח לאורך זמן 6. ארעיים כאלה הם האמינו כדי לשקף מעברים או הסתעפויות בין microstates הרשת כי ניתן להשתמש כדי להעריך את דרגות חופש או מורכבות של הרשת הבסיסית; שונות רבה יותר בדפוס המשרעת של האות לאורך הזמן מעידה על מערכת מורכבת יותר 5. באופן ביקורתי, ERP או ניתוחי כוח רפאים אינם רגיש לפעילות סדירה כאמורה, ואילו MSE הוא. יתר על כן, לא ניתן לקבל מדד של מורכבות רשת, פשוט על ידי ספירת מספר האזורים פעילים במוח כשיטה כזו היא עיוורת לאינטראקציות החוזרות ונשנות החולפים ודינמיות בין האזורים במוח.
שיטות משלימות להדמייה ניתוח לשלב כדי ליצור תמונה של הפעילות העצבית הבסיסית מלאה. הפרשנות של תוצאות מיישומים מסורתיים יותר של נתונים הדמייה, כגון ה-ERP וכוח של רוח רפאים, היא בתוספת אמצעים של מורכבות כמו MSE; MSE מספק דרך כדי ללכוד את הרצף של שינויים בדפוסי פעילות המוח של spatiotemporal פני לוחות זמנים מרובים שתורמים לפעילות קוגניטיבית מסוימת. החלת MSE לערכות נתונים חדשות וקיימות עשויה לספק תובנה נוספת לתוך איך קוגניציה עולה מדינמיקת רשת עצבית.
The authors have nothing to disclose.
Name of Reagent/Material | Company | Catalogue Number | Comments |
EEG | BioSemi |