Method Article

מידול הרשת התפקודית לניווט מרחבי במוח האנושי

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

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

מאמר זה מציג גישה אינטגרטיבית לחקר הרשת התפקודית לניווט מרחבי במוח האדם. גישה זו משלבת מסד נתונים מטא-אנליטי בקנה מידה גדול של דימות מוחי, דימות תהודה מגנטית תפקודי במצב מנוחה, מידול רשת וטכניקות גרפיות-תיאורטיות.

Abstract

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

ניווט מרחבי הוא פונקציה מורכבת הכוללת אינטגרציה ומניפולציה של מידע רב-חושי. באמצעות משימות ניווט שונות, הושגו תוצאות מבטיחות רבות על תפקודים ספציפיים של אזורי מוח שונים (למשל, היפוקמפוס, קליפת המוח האנטורינלית ואזור המקום הפאראהיפוקמפוסי). לאחרונה הוצע כי תהליך רשת לא מצטבר המערב אזורי מוח מרובים המקיימים אינטראקציה עשוי לאפיין טוב יותר את הבסיס העצבי של תפקוד מורכב זה. מאמר זה מציג גישה אינטגרטיבית לבנייה וניתוח של הרשת הספציפית מבחינה תפקודית לניווט מרחבי במוח האנושי. בקצרה, גישה אינטגרטיבית זו מורכבת משלושה שלבים עיקריים: 1) זיהוי אזורים במוח החשובים לניווט מרחבי (הגדרת צמתים); 2) להעריך את הקישוריות הפונקציונלית בין כל זוג אזורים אלה ולבנות את מטריצת הקישוריות (בניית רשת); 3) לחקור את התכונות הטופולוגיות (למשל, מודולריות וארציות קטנה) של הרשת המתקבלת (ניתוח רשת). הגישה המוצגת, מנקודת מבט רשתית, יכולה לעזור לנו להבין טוב יותר כיצד המוח שלנו תומך בניווט גמיש בסביבות מורכבות ודינמיות, והתכונות הטופולוגיות הנחשפות של הרשת יכולות גם לספק סמנים ביולוגיים חשובים להנחיית זיהוי מוקדם ואבחון של מחלת אלצהיימר בפרקטיקה קלינית.

Introduction

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

ספציפיות תפקודית היא עיקרון ארגוני בסיסי של המוח האנושי, אשר ממלא תפקיד מכריע בעיצוב תפקודים קוגניטיביים1. חריגות בארגון הספציפיות התפקודית יכולות לשקף ליקויים קוגניטיביים בולטים ואת היסודות הפתולוגיים הקשורים להפרעות מוחיות גדולות כגון אוטיזם ואלצהיימר 2,3. בעוד שתיאוריות ומחקרים קונבנציונליים נטו להתמקד באזורי מוח בודדים, כגון אזור הפנים של פיוזיפורם (FFA) עבור זיהוי פנים4 ואזור מקום פרה-היפוקמפוס (PPA)5 עבור עיבוד סצנה, גוף הולך וגדל של ראיות מצביע על כך שתפקודים קוגניטיביים מורכבים, כולל ניווט מרחבי ושפה, דורשים פעילות מתואמת על פני אז....

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

Protocol

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

הערה: כל התוכנות המשמשות כאן מוצגות בטבלת החומרים. הנתונים ששימשו במחקר זה למטרות הדגמה היו מפרויקט הקונקטום האנושי (HCP: http://www. humanconnectome.org)15. כל הליכי הניסוי אושרו על ידי מועצת הביקורת המוסדית (IRB) באוניברסיטת וושינגטון. נתוני הדמיה במערך הנתונים של HCP נרכשו באמצעות סורק 3T Siemens Skyra שונה עם סליל ראש של 32 ערוצים. פרמטרים אחרים של רכישת תמונה מפורטים במאמר קודם16. לצורך ההדגמה הורדו נתונים מינימליים מעובדים מראש, שהסתיימו לאחר שלבי העיבוד המוקדם: תיקון עיוות הדרגתי, תיקון תנועה, עיבוד מקדים של מפת השדה, תיקון עיוות מרחבי, נורמליזציה מרחבית למרחב המכון הנוירולוגי של מונטריאול (MNI), ....

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

Results

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

רשתות הניווט
המחקר הנוכחי זיהה 27 אזורי מוח, הקשורים לניווט מרחבי, על ידי שילוב מסד הנתונים האחרון של דימות מוחי מטא-אנליזה ואטלס AICHA. אזורים אלה כללו את האזורים הרקתיים האמצעיים ואת האזורים הקודקודיים שדווחו בדרך כלל במחקרי דימות מוחי ניווט. ההתפלגות המרחבית של האזורים האלה מוצגת באיור 5A ובאיור 5C. לשם השוואה, דמיינו גם הגדרה מוקדמת יותר של אזורי הניווט המרחבי באיור 5B וב.......

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

Discussion

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

מדעי המוח ברשת צפויים לסייע בהבנת האופן שבו הרשת המוחית תומכת בתפקודים קוגניטיביים אנושיים32. פרוטוקול זה מדגים גישה אינטגרטיבית לחקר הרשת התפקודית לניווט מרחבי במוח האנושי, אשר יכולה גם להוות השראה למידול רשת עבור מבנים קוגניטיביים אחרים (למשל, שפה).

גישה זו כללה שלושה שלבים עיקריים: הגדרת צומת, בניית רשת וניתוח רשת. בעוד שבניית רשתות וניתוח רשתות זהים לאלה שבמחקרי רשת כלליים של המוח כולו, הגדרת צומת היא השלב הקריטי ביותר בפרוטוקול זה. צעד זה עושה שימוש במטא-אנליזה בקנ.......

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

Disclosures

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

המחברים מצהירים כי אין ניגוד עניינים.

Acknowledgements

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

שיאנג-ג'ן קונג נתמך על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (32171031), STI 2030 - פרויקט מרכזי (2021ZD0200409), קרנות מחקר בסיסיות לאוניברסיטאות המרכזיות (2021XZZX006), ומרכז טכנולוגיית המידע של אוניברסיטת ג'ג'יאנג.

....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
ארגז כלים לקישוריות מוחית (BCT)מיכאיל רובינוב & אולף ספורנס 2019ארגז הכלים לקישוריות המוח (brain-connectivity-toolbox.net) הוא ארגז כלים של MATLAB לניתוח רשתות מורכבות (גרף) של מערכי נתונים מבניים ותפקודיים של קישוריות מוחית.
גרטנהג'ינהוי וואנג ואח'.2GRETNA הוא ארגז כלים לניתוח רשת תיאורטי המאפשר לחוקרים לבצע ניתוח מקיף על הטופולוגיה של קונקטום המוח על ידי שילוב מרבית מדדי הרשת הנחקרים בתחום מדעי המוח הנוכחי.
MATLABMathWorks2021aMATLAB היא פלטפורמת תכנות ומחשוב מספרי המשמשת מיליוני מהנדסים ומדענים לניתוח נתונים, פיתוח אלגוריתמים ויצירת מודלים.
PythonGuido van Rossum et al.3.8.6פייתון היא שפת תכנות המאפשרת לך לעבוד מהר יותר ולשלב את המערכות שלך בצורה יעילה יותר.
מיפוי פרמטרי סטטיסטי (SPM)קארל פריסטון ואחרים 12מיפוי פרמטרי סטטיסטי  מתייחס לבנייה והערכה של תהליכים סטטיסטיים מורחבים מרחבית המשמשים לבדיקת השערות לגבי נתוני הדמיה תפקודית.

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