Name: קישוריות פונקציונלי בין נושא דינאמי חושף בתצורות רשת--לרגע המוח מונע על ידי רציף או תקשורת פרדיגמות (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-03-21T13:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 36 s
Description: חקור קישוריות פונקציונלית דינמית במוח באמצעות fMRI ו-ISFC. השיטה מאפשרת מעקב אחר סינכרון בין-נושאי וזיהוי תצורות רשת מוחיות משתנות לאורך זמן.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

עבודה זו נתמך בחלקה על ידי כל אחד מאלה: קרן המדע הלאומית השוויצרית (גרנט, מספר 205321_163376 כדי DVDV), הקרן Bertarelli (כדי טרה-בתים ו- DVDV), למרכז עבור ביו הדמיה (CIBM), הסוכנות הלאומית (מחקר tempofront להעניק מספר 04701 נועה). המחברים מודים רוברטו Martuzzi, ג'וליה Preti על תרומתם לתוכן וידאו של עבודה זו כאופרטור, בהתאמה, MRI וייסרק בהתנדבות.

המחברים אין לחשוף.

ב- dataset של הנבדקים בריא, להדגים איך סינכרונית, נושא צלב עליות, ירידות FC, תופעות מעבר ISFC, יתאימו רמזים סרט חנותם לשפות אחרות, מתן מידע מעבר תיאור סטטי. למרות השימוש של המתאם, נושא צלב מודד מאפשר להתמקד הניתוח מונחה הגירוי reconfigurations תפקודית, אחד חייב גם להיות מודע שהוא מגביל את הממצאים להשפעות המשותפים האוכלוסייה למדה: לפיכך, ברמה נמוכה עיבוד חושי צפוי להיות מייצגים יתר לעומת עיבוד חזיתית40. כדי לעקוף מגבלה זו, שיטות חדשות שיש להם גם את היכולת לחלץ את האזורים להשתנות בעוצמה הרבה ביותר על פני נושאים מתבצעת מפותחת41.
הגבלה נוספת של המתודולוגיה הציג נובע ההיבט חלון הזזה, כמו רזולוציה טמפורלית ISFC הזמן חולף קורסים הוא הוריד בהשוואה גישות frame-wise15. כפי שהראנו, פשרה יש צורך בין אורך חלון נמוך מספיק כראוי לפתור reconfigurations ISFC דינמי, אומדן גודל גדול מספיק כדי לקבל חזקה. שני שלבים קריטיים במסגרת שלנו להבטיח כי תופעות מעבר שחולצו ISFC ישקפו שינויים המתרחשים באמת בקישוריות: הראשון, מעבר גבוה הסינון של אזורי הזמן קורסים עם ההופכי של אורך ' חלון '32; שנית, השימוש של הנתונים ISFC של נח-מצב עבור הדור של התפלגות null הרלוונטיים, עם רכישת זהות פרמטרים לעומת הנתונים הקשורים הגירוי. כמובן, האחרון גם דורש זמן ממושך רכישה גלובלי, כך שניתן לאסוף נתוני מצב נח על גבי הפעלות הקשורות הגירוי. כגישה חלופית כדי להימנע ההקלטות נח מצבים נוספים, אנו גם מציעים את האפשרות להפיק נתוני שלב אקראי ישירות מתוך הקורסים זמן הקשורות גירוי, גישה המשמשים לעתים קרובות ניתוחים קישוריות פונקציונלי דינמי 23 , 24. הערכה נוסף על תת-ערכה של הפעלות גילה כי למרות השיטה null נח-המדינה היא שמרנית יותר, ולכן נוטה פחות תוצאות חיוביות שגויות, דפוסי זיהוי טיול ISFC הכללית היו דומים על פני שתי ערכות (ראה 5 איור משלים).
<img alt="Supplementary Figure 5" src="/files/ftp_upload/59083/59083sfig5.jpg"> משלים איור 5: זיהוי של ISFC טיולים על פני שיטות דור נתונים מסוג null. נח-המדינה (מגרשים בטור השמאלי, כחול) או שלב אקראיות (מגרשים בעמודה הימנית, אדום) נתונים מסוג null דור שיטות, אחוז טיולים ISFC חילוץ באמצעות חיבוריים. המגרשים התחתון שיבוץ על החיבורים שמקורם שלושת האזורים המוח נחשב. שגיאה מייצג את סטיית התקן על-פני נושאים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59083/59083sfig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
משך הרכישות נח-המדינה מתייחס למעשה פרמטר קריטי של הניתוחים: ערך ה-α. כפי שהודגם לעיל, בחירה יותר מדי רך יוביל כמות גדולה של תוצאות חיוביות שגויות ב תופעות מעבר זיהה ISFC. גדול יותר כמות הנתונים נח-המדינה הזמינים, המחמירים יותר לדרג גם חיובי כוזב השגה, כי קביעת סף יכול להתבסס על ערכים קיצוניים יותר התפלגות null. כאינדיקציה, עבור n = 299 אטלס אזורים כאן בהתחשב שלנו החישוב של נקודות נתונים מצבים נח 5,762, אנחנו במקרה הטוב יכולה להשיג ערך-α קרוב 0.01% (ראה שלב 5.2.6 לפרטים מתמטית).
נקודה מרכזית נוספת הנוגעים בכל ניתוח fMRI טמון הסרת קפדני אפשריות הקשורות לתנועה ממצאים ניתחו נתונים30,42. בפרט, אם אדם רוצה להחיל את צינור הציג לאוכלוסיות ולכוונו מפגין מסומן תנועה בסורק, אנו ממליצים על גבי כולל תנועה משתנים כמו covariates, ניתוחים סטטיסטיים, בביצוע preprocessing נוספים ניתן להפעיל צעדים, כגון דיסקרטית denoising43 או ICA-ארומה44. קבוצת השוואה, למשל להשוות ISFC תופעות מעבר בין בריאה קבוצת חולות, ניתן בקלות לבצע על-ידי הפעלת הגישה המתוארת במקביל על שתי קבוצות עניין (ראה בולטון ואח25 לדוגמה על אוכלוסיה שאובחנו בספקטרום האוטיסטי). עם זאת, הבדל בין הקבוצות יכול להיווצר ואז שתי הגדרות שונות: (1) ISFC נעדר לשנות קבוצה אחת, או (2) האבולוציה הטרוגנית יותר מקבוצה זו. כדי disentangle שני הפקטורים האלה, צריכה לפעול הצינור פעם נוספת עבור קבוצת חולות, באמצעות הנושא בריא מוגדר כקבוצת התייחסות בשלב הרצתן. המקרה לשעבר עדיין כתוצאה מענה הנעדר, ואילו לא היה האחרון.
על מה אנו המתואר כאן, המתודולוגיה הציג גם פותח מבטיח השדרות בעתיד: מהצד אנליטיות, מפות ארעית ISFC יכול להיחשב המוח גרפים של אילו מדדים לכימות המוח קישוריות יכול להיות נגזר45, או הברית ISFC דינמי יכול להיות שנגבו באמצעות אשכולות גישות, העריך מבחינת יכולות המאפיינים שלהם,17,46. בנוסף, אחד יכול גם הסתברותיות השימוש בכלי המדידה קישוריות מתוחכמים יותר מאשר מקדם המתאם של פירסון לחשוף צדדים הקונטקט של FC47,48.
מהצד ניסיוני, היישום של הצינור לקבוצה יותר מורחבת של פרדיגמות הוא נקודת מבט מבטיח: לדוגמה, במקום סרט כמו למד פה, אחד יכול הסתברותיות להשתמש פיסת מוסיקה49 או סיפור עלילתי13, 50 כמו גירוי נעול זמן. לחלופין, הוא יכול אפילו להיות שנחזה, דרך hyperscanning51, כדי לחקור את התקשורת החברתית נטורליסטי52,53.

הדמיית תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) הפכה להיות הכלי לבחירה לא פולשני אחר השינויים בפעילות מוחית הנובע גירויים חיצוניים. ליתר דיוק, מעניינים התפתחה על ההבנה ההדדית סטטיסטי בין קורסים זמן ההפעלה האזורי, המכונה קישוריות פונקציונלי (FC)1 , מחושב בדרך כלל בתור המתאם של פירסון מקדם. Interplays תפקודית על פני המוח בהרחבה הוכחו מחדש כפונקציה של כבסיס לפעילות2,3,4.
שני כיוונים אנליטי בנפרד הקפדת ללכת מעבר האפיון המקדים הזה: מצד אחד, התגובה המושרה באזור המוח נתון על ידי גירוי נעול זמן נצפתה לתאם בחריפות על פני נושאים ברורים5 . לכימות הזו בין נושא קורלציה (ISC) הראה פוטנציאל כדי לחדד את ההבנה שלנו של קוגניציה6,7,8,9 ומוח הפרעות10,11 . גישה correlational זו, נושא צלב היה גם להרחיב את ההערכה של חוצה אזורי מתכונת12, שנודע בתור גישה המתאם בין הנושא פונקציונלי (ISFC)13.
מצד שני, טעמו דינמי של FC reconfigurations התחיל לקבל תשומת לב מוגברת (ראו האצ'יסון ואח14, Preti, בולטון, ואן דה – ויל15, גונזלס-קסטילו ועוד Bandettini16 האחרונות סקירות על מדינה נח, מבוססי-משימה צדדים של שאלה זו). בפרט, כל-מוח FC שינויים לאורך זמן ניתן לעקוב באמצעות מדידות רצופות המתאם מעל בהדרגה שהוסטו טמפורלית תת חלון17,18, חשיפת תובנה נוספת בהקשר של פעילויות התנהגותיות 19,20.
כאן, אנו מציגים מתודולוגי מסגרת המשלבת את שתי השדרות. אכן, אנחנו חשב ISFC באופנה בחלון הזזה כדי לעקוב אחר ההתפתחות של מתכונת חוצה אזורי בין הנושאים נחשפים פרדיגמה נעול-זמן, נטורליסטי. דרך ההיבט קרוס-הנושא של השיטה, ניתוחים הם התמקדו מונחי גירוי אפקטים, ואילו שינויים ספונטניים fMRI (אשר הם מתואמות על פני נושאים) הם damped חריפה. זה חשוב כי דפוסי הפעילות מדינה נח ועוררו פעילות מובנים יותר ויותר כדי להיות מאופיין על ידי מאפיינים ברורים21,22.
לגבי המרכיב הדינאמי של השיטה, היא מאפשרת אפיון מלאים ומדויקים יותר של גירויים פעילות, במיוחד כאשר חיטוט פרדיגמה נטורליסטי שבו משולבים קבוצה מגוונת של רמזים (שמיעתי, חזותי, חברתית, וכו ') לאורך זמן. יתרה מזאת, כפי הערכות סטטיסטיות צליל של תנודות דינמי משמעותית כבר התווכחו בלהט23,24, הגישה שלנו לוקח מסוים על היבט זה של הבדיקות על-ידי בידוד שינויים משמעותיים ISFC דרך השוואה לנתונים null המתאים.
אנו ממחישים את השיטה על קבוצת הנבדקים בריא חשופים לגירויים סרט אורקולי, שעבורם אנו מראים כי ISFC זמני ואת מרחבי שינוי פרופילים הנובעים סרט מקומי במרווחי ותת ניתן לחלץ במדויק. בעשותו כן, אנו גם מתארים את השפעת הפרמטרים העיקריים אנליטי שייבחר על-ידי המשתמש. הממצאים שהוצגו מבוססים על חלק נתונים שפורסמו בעבר25,26.

<table><tbody><tr><td>Freesurfer גרסה 6.0</td><td>המעבדה להדמיה מוחית חישובית, מרכז מרטינוס להדמיה ביו-רפואית, בוסטון (MA), ארה"</td>ב <td>https://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki/DownloadAndInstall</td><td>ארגז כלים תואם MATLAB המאפשר לבצע שלבי עיבוד, הדמיה וניתוח שונים על נתוני הדמיית תהודה מגנטית פונקציונלית</td></tr><tr><td>MATLAB_R2017a</td><td>MathWorks</td><td>https://ch.mathworks.com/downloads/</td><td>גרסת עבודה של תוכנת החישוב MATLAB (יש להשתמש בגרסה 2014a או עדכנית יותר)</td></tr><tr><td>מיפוי פרמטרי סטטיסטי גרסה 12.0 (SPM12)</td><td>Wellcome Trust Center for Neuroimaging, University College London, London, UK</td><td>https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12/</td> <td>ארגז כלים תואם MATLAB המאפשר לבצע ניתוחים סטטיסטיים על נתוני הדמיית תהודה מגנטית תפקודית</td></tr><tr><td>סורק MRI Tim-Trio 3 T</td><td>סימנס</td><td>https://www.healthcare.siemens.ch/magnetic-resonance-imaging/for-installed-base-business-only-do-not-publish/magnetom-trio-tim</td><td>סורק הדמיית תהודה מגנטית שבו הנבדקים נרשמים הפעילות המוחית התפקודית שלהם (ב-3 T)</td></tr></tbody></table>

קישוריות פונקציונלי בין נושא דינאמי חושף בתצורות רשת--לרגע המוח מונע על ידי רציף או תקשורת פרדיגמות

Dynamic Inter-subject Functional Connectivity Reveals Moment-to-Moment Brain Network Configurations Driven by Continuous or Communication Paradigms

הפוטנציאל הגדול של דובים מבוססי-משימה הדמיית תהודה מגנטית תפקודית כדי להבין איך המוח שלנו מגיב לסוגים שונים של גירוי; עם זאת, זו מושגת לעתים קרובות בלי לקחת בחשבון היבט דינמי של עיבוד פונקציונלי, תפוקות אנליטי בדרך כלל בחשבון השפעות הממוזג של תופעות מונחה משימה ותנודות ספונטנית כבסיס לפעילות המוח. כאן, אנו מציגים את צינור מתודולוגי חדשניים שיכולים ללכת מעבר מגבלות אלה: השימוש של ערכת אנליטי בחלון הזזה מאפשרת מעקב אחר שינויים פונקציונליים לאורך זמן, ויכול דרך קרוס-נושא מדידות correlational, הגישה לבודד תופעות הקשורות גירוי גרידא. בזכות תהליך קביעת סף קפדניים, שינויים משמעותיים מתאם פונקציונלי בין-הנושא יכול להיות חילוץ וניתח.
על קבוצת הנבדקים בריא שעברו גירוי אורקולי נטורליסטי, נדגים את התועלת של הגישה על ידי קשירת reconfigurations תפקודית הפרומים כדי רמזים מסוים של הסרט. אנו מראים כיצד, דרך השיטה שלנו, אחד יכול ללכוד גם פרופיל זמני של פעילות מוחית (האבולוציה של חיבור נתון) או להתמקד תמונת המרחבי בנקודת הזמן מפתח. אנחנו מספקים גרסה זמין לציבור של הצינור כולו, לתאר את השימוש ואת השפעת פרמטרים מרכזיים שלה צעד אחר צעד.

. הנה, שקלנו n = 15 נושאים (TD) בדרך כלל לפתח עבורם השגנו הסכמה בכתב, מושכלות. כולם היו גברים ימניים (± 23.42 בן 7.8). הפרדיגמה שבחרת היה סרט תיעודי מדעי אורקולי עבור הצעירים על הסכנות של חשיפה לשמש. היא מכילה מגוון רחב של גירויים חזותיים, שמיעתיים וחברתיים, ניתן לצפייה ב- https://miplab.epfl.ch/index.php/miplife/research/supplement-asd-study.
אנו רכשנו שני מפגשים לכל נושא (ריצה1 וריצה2) שבו הוצג הסרט המוערך מ 5 עד 353 s (משך דקות 5.8). קטע מדינה נח גם עקב 386 678 s (משך דקות 4.9). בנוסף, הפעלה אך ורק נח-מדינה אחת (ריצה3) נרכשה לכל נושא (למעט מי סבל מקלסטרופוביה), בר-קיימא עבור 310 s (5.2 דקות). איור 1Aמסוכמות סצנות בסרט דוגמה ותזמון של הנתונים שהושגו. חשוב, פרוטוקול הרכישה לא היה אופטימאלי במובן הזה הקלטות נח-המדינה רכשה רק לאחר חשיפה הסרט עלול להיפגם חלקית על ידי אפקטים והתאמת27; נעשה שימוש נתונים הממצאים בהווה יש כמות מספקת של דוגמאות על סף סטטיסטי, אבל זה להימנע במידת האפשר.
שללנו כל ההפעלות עבורו יותר מ-10% של מסגרות היו מצוחצחות, על סף של 0.5 מ מ, ונחשב את parcellation מ- Craddock et al.34 (אלגוריתם שני ברמת המתאם טמפורלית) כדי ליצור אזורי הזמן קורסים, עבור סכום כולל של 299 אזורי מוח שונים.
ISFC היה לחשב בנפרד על (1)-הצפייה subparts של RUN1 וברח2, (2) שביצעת נח-המדינה בניהול1 ריצה2, ואת הקלטות3 (3) בניהול המדינה נח. השתמשנו באורך חלון W = 10 TR עבור הראשי הציג תוצאות, ולהשוות אותם לערך נמוך יותר של W = 5 גודל צעד תרגום תמיד נשארו שווה ל- 1 תרגום Bootstrapping היה לבצע 250 קיפולים, כולל הפעלה 6 מקטעים בכל קבוצה הפניה.
איור 1B מציג קורסים זמן ISFC שנוצר ב W = 10 TR ו- W = 5 יח עבור שלושה חיבורים נציג שונים: חיבור 1 המעורבים שמאלה אזור הקודקוד נחות הקשורים הציפייה של אובייקטים נעים (הזעירה קואורדינטות: 41,9,32)35 , וזכות אזור opercular חזיתית מקושר עיכוב התגובה (-34,-52,45)36. האזור האחרון נחשדה גם בהתקשרויות 2 ו- 3, בהתאמה עם אזור מעורב חושי תיאום (54,6,34)37, ואחד קשור העיבוד של המשמעות של מילים (6,62,9)38.
השוואה על פני חלון אורכי מגלה כי ב- W = הגדרה TR 5, סטיה הטמפורלי של הנושאים גדול בסך הכל בשני המקרים קטע הסרט ולצפייה מדינה נח לעומת W = 10 TR, תופעה מוכרת ניתוחים חלון הזזה-39. עבור חיבורי 1, האורך של חלון, קטלוגי המותאמות לשפות אחרות ההקלטה הצפייה (ב בסביבות 55 s) מראה ISFC חזק, מסונכרן להגדיל על פני נושאים, אשר חורגת במידה רבה את טווח הערכים נלקח בפרשת נח-המדינה. לכן, אנו מצפים ללכוד הזה קטלוגי זמני כמו ISFC משמעותי ארעית עם שיטת קביעת סף שלנו.
עבור חיבור 2, נתבונן דינמיקה טמפורלית דומה, אבל עבור W = 5 TR, הגידול הופך פחות קל disentangle לעומת הקורסים נח-זמן, עקב רעש הקשורות מתודולוגיה בחלון הזזה גדולים יותר. לגבי חיבור 3, הוא משקף מקרה שבו יש תשובה ברורה לסרט, לפיכך, תנודות מהצפייה וזמן מנוחה-המדינות קורסים דומים. מהי התוצאה הצפויה בשלב זה אנליטי הוא שילוב בין חיבורי להראות reconfigurations הנוצרות על-ידי גירוי ברור, חיבורים אשר אינם מגיבים.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59083/59083fig1.jpg"> איור 1: עיתוי הרכישה דוגמה ISFC הזמן קורסים. (א) הסרט על ידי הנושאים מעורבים מגוון רחב של מצבים חברתיים (למשל תמונות 1 ו-4), הסברים מדעיים עם פאנלים צבעוניים (למשל תמונות 2 ו- 5) ונוף נופים (למשל תמונה 3). שלוש פגישות נרכשו לכל נושא: שניים (לרוץ1 , לרוץ2) כללה את הסרט גירוי (בין 5 ל 353 s, מודגשים בירוק) ואחריו נקודה נח-המדינה (386 כדי 678 s, שמוצג צהוב), בעוד אחד (ריצה3) אך ורק כללה בהקלטה במצב מנוחה (310 s משך, שמוצג כתום). (B) עבור שלושה חיבורים מעיד (C1, C2, C3, האפל בהתאמה ירוק/אדום, אור ירוק/כתום ועקבות טורקיז וצהוב), התפתחות ISFC לאורך זמן במהלך צפייה בסרטים (צבעים קרים) או נח-המדינה (צבעים חמים). עבור W = 10 TR (החלונית הימנית), סרט-צופה ISFC משנה את העמדה במידה רבה יותר בהשוואה ל W = 5 יח (לוח נכון). כל מעקב משקפת את מהלך הזמן ISFC הפעלה אחת. דמות זו שונתה חלקית בולטון et al.25. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59083/59083fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
איור 2A מציג את התוצאות בעקבות קביעת סף סטטיסטי של קורסי זמן ISFC לחיבורים שלושה באותו כמפורט לעיל. הזמן קורס ערך של 1 פירושו כי כל הנושאים עברה העלייה ISFC אותו באותו הזמן הצבע; ערך של 0 פירושו כי שום נושא לא עברה שינוי משמעותי ISFC; ערך של-1 מייצג ירידה ISFC סינכרונית מעבר בכל המקצועות. כמו קודם, אנחנו ניגודיות W = 5 יח ו- W = 10 TR, והיינו להדגיש גם בשני מקרים α-ערך: α = 0.01%, וα = 5%.
אורך של החלון התחתון מתאים עם התצפיות הנ ל, מפחיתה את כמות שחולצו שינויים משמעותיים ISFC. עבור חיבור 1, שניהם W = 5 יח ו- W = 10 TR, עם זאת, לחלץ באותו רגע מסוים (t = 55 s) כמו מציג עלייה ISFC חזק. לוקח את עיכוב והמודינמיקה של בערך 5 s בחשבון, זה תואם את קטלוגי של הסרט כאשר היית להאריך כלפי בובה קווים צבעוניים, עצרו במפתיע מול זה (46-49 s), מתאים עם התפקיד של האזורים המעורבים ב אחר עצמים נעים הציפייה והתגובה עיכוב35,36.
בעת הגדלת α מ- 0.01% ל 5%, אחד מסוגל להתבונן על יחודיות נמוך הרבה של שנחשולי ISFC שאותרו, סביר כולל תוצאות חיוביות שגויות רבות ומציגות כצפוי synchrony טמפורלית הרבה פחות.
כמו מבט אחרת שניתן לקבוע על הנתונים, איור 2B מראה מוח-כל המפות המרחבי של שינויים משמעותיים ISFC t = 55 s. ניתן לראות כי התגובה לזירת הסרט מרחיב הרבה מעבר החיבורים לדוגמה המתוארים כאן.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59083/59083fig2.jpg"> איור 2: תמונות הגיאופוליטיות והמרחביות הטמפורלי של דפוסי ISFC. (א) ISFC הזמן חולף קורסים, בממוצע על פני נושאים, עבור שלושה חיבורים מעיד (C1, C2, C3, האפל בהתאמה ירוק, אור ירוק וטורקיז עקבות). הסצנה בסרט כי הסיע את השינויים ISFC מודגשים באפור בהיר, מתואר על ידי תמונות לדוגמה. עבור W = 10 TR (בטור השמאלי של חלקות), ISFC השינויים מזוהים בצורה חזקה יותר מאשר עבור W = 5 יח (העמודה השנייה המגרשים). עבור α = 0.01% (בשורה העליונה של חלקות), ירידה לפרטים על הסרט מקומי רמזים הוא גדול יותר מאשר עבור α = 5% (שורה תחתונה המגרשים). כל מעקב משקפת את מהלך הזמן חולף ISFC מושב אחד, המרווחים ביטחון 95%-זנבית מוצגים כאמצעי שגיאה. (B) עבור W = 10 TR וα = 0.01%, יש דפוס מרחבי מסודר, מוגבלת של תופעות מעבר ISFC ב t = 55 s (שיא ISFC ארעי הערך עבור C1); עבור W = 5 יח וα = 5%, חיבורים שעברו שינוי משמעותי ISFC בשלב זה הם רבים הרבה יותר. שימו לב כי אנו מניחים עיכוב והמודינמיקה בסביבות 5 s בזמניות תיאר (קרי, ערך של 55 s כאן מתייחס הגירוי הסרט 50 s). דמות זו שונתה חלקית בולטון et al.25. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59083/59083fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>

מטרת הגישה המתוארת היא כדי לקבוע איזה רגעים של הפרדיגמה (פרספקטיבה טמפורלית), ובין האזורים (פרספקטיבה מרחבית), reconfigurations משמעותית בקישוריות פונקציונלי מתרחשות על הדמיית תהודה מגנטית תפקודית הקלטות שבמהלכו גירוי נעול זמן הוא שיחק.

Task-based functional magnetic resonance imaging bears great potential to understand how our brain reacts to various types of stimulation; however, this ...

הודות לשיטה שלנו, הרגעים בזמן שבהם יחסי מוח תפקודיים מסונכרנים בין נושאים יכולים להיקבע ולהדמיין. היתרון העיקרי של הגישה שלנו הוא היכולת שלה לעקוב באופן דינמי אחר שינויים בתגובות המוח התפקודיות בין-נושאיות באופן סטטיסטי. הצינור שלנו מאפשר הערכה של סינכרוניזציה בין אותות פונקציונליים של נושאים שונים.ואז ניתן להשוות זאת בין אוכלוסיות שונות כגון בקרות בריאות ואלה המושפעות ממחלות והפרעה כגון אוטיזם וסכיזופרניה. השיטה שלנו יכולה להועיל לכל מחקר המבקש לעקוב באופן דינמי אחר סינכרוניזציה בין קבוצות שונות של קורסי זמן. וזה יכול להיות מיושם גם על דרכים הדמיה אחרות כגון אלקטרואנצפלוגרפיה.הדגמה חזותית של השיטה תאפשר למשתמשים חדשים להבין את שלבי העיבוד השונים של השיטה, כמו גם את הפונקציונליות של ממשק המשתמש הגרפי. הדגמת הליך ההדמיה תהיה רוברטו Martuzzi, מפעיל MRI המוביל של מרכז המחקר שלנו. כדי שכל מתנדב יילקח בחשבון בניתוח, בצע לפחות מפגש אחד פונקציונלי של דימות תהודה מגנטית או fMRI שבו המתנדב הסרוק נתון לפרדיגמה המתרשמת בזמן של עניין ומפגש הדמיה פונקציונלי אחד שבו המתנדב הסרוק שוכב במנוחה בסורק בעיניים עצומות ומונחה לא להירדם.לאחר מכן לרכוש נפח MRI מבני. כדי לפתוח את חלון ממשק המשתמש הגרפי הראשון של הקדם-מעבד, הזן JOVE_GUI1 במסוף MATLAB. לאחר מכן לחץ על הזן נתוני fMRI, בחר את אמצעי האחסון הפונקציונליים המיושרים מחדש המתאימים והזן את זמן החזרה של הנתונים בשניות בחלון הטקסט הייעודי הניתן לעריכה.לחץ על הזן נתוני T1 ובחר את שלושת אמצעי האחסון המתאימים לסוג הרקמה התרביתית. לחץ על הזן קובץ תנועה ובחר את קובץ הטקסט המכיל את פרמטרי התנועה מהפעלת הריבית. לאחר מכן בחר אם יש לבטל את ניתוק הנתונים ולאיזה קובריאטים יש לסגת.כדי ליצור מראש את הנתונים, לחץ על מעבד מקדים והמתן עד שהצג יופיע בחלון. ניתן לתכנת מחדש את הנתונים באופן שונה על-ידי שינוי האפשרויות ולחיצה מחדש על לחצן Preprocess. לאחר מכן, הזן JOVE_GUI2 במסוף MATLAB כדי לפתוח את חלון ממשק המשתמש הגרפי השני לפני המזנוד מראש ולחץ על בחר נתונים כדי לבחור את קובץ הנתונים המבותר מראש.לחץ על בחר אטלס ובחר את היוזמה טכנולוגית אינפורמטיקה הומימות או קובץ NIFTI המייצג את האטלס שישמש עבור parcellation. לחץ על בחר עיוות הפוך ובחר את קובץ NIFTI המייצג את שדה הדפורמציה מהמכון הנוירולוגי של מונטריאול לחלל המקורי. לאחר מכן לחץ על בחר אמצעי אחסון fMRI ובחר אחד מאמצעי האחסון של נתוני fMRI.להזנת המידע הקשור לקרצוף, ברשימה סוג קרצוף, בחרו במספר המסגרות שיש לשפשף לפני ואחרי המסגרות המתויגות. בחלון הטקסט של סף הקרצוף, הזן את ערך סף התזוזה החכם של המסגרת שמעליו יש לקרצף נפח fMRI במילימטרים. לאחר מכן הזן את גודל חלון ההזזה W שישמש עבור המתאם הפונקציונלי בין נושאי או חישובי ISFC בזמני חזרה ולחץ על התווה כדי להציג את קורסי הזמן של האטלס המעידים לפני ואחרי שלבי הקרצוף והסינון.עבור חישובי ISFC של חלון הזזה, הזן JOVE_GUI3 במסוף MATLAB כדי לפתוח את חלון ממשק המשתמש הגרפי הראשון הקשור ל- ISCF ולחץ על טען נתונים כדי לבחור את כל קבצי הנתונים המתאימים. בחר אם מקטעי ההפעלה שנבחרו צריכים לעבור אקראיות שלבים והזן את גודל החלון בזמני חזרה שעליהם יש לחישוב מדידות קישוריות וכן את גודל השלב בזמני החזרה שבהם יש להעביר חלונות רצופים. שנה את טבלת סוגי הפעלות כדי לציין אילו מקטעי הפעלה שנטענו נרכשו באותו תנאי ניסיוני באמצעות הגדלת מספרי המספרים השלם מאחד ובמעלה כדי לתייג את הסוגים השונים של מקטעים.בחלונות הטקסט הניתנים לעריכה המתאימים, הזן את מספר קפלי אתחול שעליהם יש לבצע את חישובי ISFC ואת מספר הנושאים שאמורים להוות את קבוצת הייחוס עבור כל קיפול של חישובי ISFC. במקטע פרמטרי תזמון, הזן את המפרטים לגבי איזו קבוצת משנה של קורסי הזמן יש לנתח ולחץ על התווה כדי לבצע את חישובי ISFC. הצגים יעודכנו בהדרגה לאורך זמן יחד עם כמות קפלי אתחול שחלפו.כדי לפתוח את חלון ממשק המשתמש הגרפי השני הקשור ל- ISFC, הזן JOVE_GUI4 במסוף MATLAB. כדי לבחור את קבצי פלט ISFC הקשורים לגירוי, לחץ על טען נתוני ISFC ובחר את קבצי פלט ISFC הקשורים לגירוי. כדי לבחור את קבצי הפלט של ISFC מסוג Null, לחץ על טען נתוני Null ובחר את ISFC של מצב המנוחה או את קבצי פלט ISFC הקשורים לגירוי אקראי בשלבים בהתאם לסתימת יצירת הנתונים האפסים המשמשת.לאחר מכן לחצו על 'טען ספר קודים' ובחרו בקובץ ספר הקודים. בחלון הטקסט המתאים הניתן לעריכה, הזן את ערך האלפא באחוזים שבו יש לסמן את קורסי הזמן של ISFC להדגשת שינויים משמעותיים. כדי לבנות התפלגות Null, לחץ על התוויה כדי ליזום את תהליך הסף של ISFC שעבורו כל מדידות ה- ISFC הזמינות של Null נצברות עבור חיבור נתון ולאחר מכן מדידות ISFC הקשורות לגירוי יהיו סף בהתאם לערך האלפא שנבחר.כדי להמחיש את התבניות המרחביות של ISFC בנקודות זמן שונות, גרור את המחוון מתחת להתווית הטיול של ISFC. במפגשים מייצגים אלה, הסרט המוערך הוצג בין חמש ל -353 שניות עם קטע מצב מנוחה בעקבות הסרט מ 386 ל 678 שניות. בנוסף, נרכשה מושב ממלכתי אחד בן 310 שניות אך ורק עבור כל נושא.קורסי זמן ISFC נוצרו באורכים חלון של W 10 ו W 5 זמני חזרה עבור שלושה חיבורים ייצוגיים שונים מעורבים עיכוב תגובה מתווך אזור ועוד מעורב בהתאמה הציפייה של אובייקטים נעים, תיאום חושי, או עיבוד של משמעויות מילה. הרעש גדול יותר בזמני החזרה של W 5 ושינויי ISFC נעולים בזמן נצפו בחיבור קורס אחד ושני קורסי זמן לצפייה בסרטים. כאן, השבר של נושאים המציגים ארעי ISFC נעולים בזמן מובהק סטטיסטית מוצג עבור אותם שלושה חיבורים.ארעיים הם רבים יותר באורכים חלון גדול יותר כמו מדידות ISFC חזק יותר להקל על החילוץ ועל ערכי אלפא גדולים יותר כמו תוצאות חיוביות שגויות יותר מזוהים. בנתונים מייצגים אלה, תמצית סרט אחת במיוחד הייתה מעורבת בעיכוב התגובה המקושר לאובייקטים נעים וגייבה שינויים נרחבים ב- ISFC. אורך החלון לא צריך להיות קצר מדי עבור הערכות חזקות ולא ארוך מדי כדי ללכוד את הדינמיקה של ISFC.ויש להשתמש בערך אלפא מחמיר מספיק כדי להגביל תוצאות חיוביות שגויות. מדידות ISFC ניתן לקבץ לתוך מצבי ISFC המוח כולו לבדיקה מאפייני זמן מיוחדים. טרנזיינטים משמעותיים של ISFC יכולים להיות מיוצגים גם כגרף המשקף את זרימת המידע.

dynamic-inter-subject-functional-connectivity-reveals-moment-to

Research

JoVE Journal

Neuroscience

מדעי המוח

טכניקות הדמייה כגון MRI פונקציונלי דימות מותח דיפוזי הפכו להיות שימושי יותר ויותר המאפיינת את גירעונות קוגניטיביים עצביים באוטיזם. בדיקה של קישוריות המוח באוטיזם ברמת הרשת יחד עם עיבודים לסריקה ילדים עם נכויות התפתחותיות מוצג.

לחקור את המוח באוטיזם באמצעות fMRI ו דימות מותח דיפוזי

אנו מתארים גישה חדשה לניתוח בו זמני של תפקוד מוח ומבנה באמצעות דימות תהודה מגנטיות (MRI). אנו מעריכים את מבנה מוח עם הדמיה ברזולוציה גבוהה דיפוזיה משוקללת וtractography סיבי חומר לבן. בניגוד המבני MRI הסטנדרטי, טכניקות אלה ייאפשרו לנו קשורים באופן ישיר לקישוריות האנטומי תכונות פונקציונליות של רשתות מוח.

שיתוף ניתוח של מבנה המוח ותפקודו באמצעות fMRI ודיפוזיה משוקללת הדמיה

סרטון זה מציג שיטה של ​​בחינה הקשורות לגיל שינויים בקישוריות תפקודית של רשתות שליטה קוגניטיבית עוסקות במשימות / תהליכים ממוקדים. הטכניקה מבוססת על ניתוח רב משתנה של נתוני ה-fMRI.

שיטה לחקירת הבדלי גיל הקשורים בקישוריות התפקודית של קוגניטיבית בקרת רשתות הקשורים למיון כרטיס שינוי ממדי ביצועים

קישוריות אינפורמטיבית מודדת את ההתאמה בין מסלולי זמן של מידע מרובה ווקסל על פני אזורי מוח שונים. סדרות זמן של אפליה בדפוס רב-ווקסל מופקות מאזורים ומושווים, וחושפות רשתות שאינן מזוהות בגישת קישוריות פונקציונלית טיפוסית.

באמצעות הסברה קישוריות למדוד את צמיחת סינכרוני של מידע Multi-voxel fMRI לאורך זמן

פרוטוקול זה מתאר את טכניקות ההדמיה המוחית המשלימות של קישוריות מבנית במצב מנוחה, השבתה המושרה על ידי משימה וניתוחי קישוריות מבנית כדי לבחון את רשת ברירת המחדל בהפרעת דחק פוסט-טראומטית. השימוש בשיטות סינרגטיות עשוי להוביל לשיפור האבחון וההערכות של חומרה, תוצאה וגורמים קליניים רלוונטיים אחרים.

פיתוח הדמייה פנוטיפים של מצב ברירת המחדל של הרשת בPTSD: שילוב מצב המנוחה, זיכרון עבודה, וקישוריות מבנית

הפרוטוקול לעריכת ניסויי סריקת יתר של fNIRS על דיאדות למידה שיתופית בסביבת למידה נטורליסטית מתואר. יתר על כן, צינור לנתח סינכרוני בין המוח (IBS) של אותות המוגלובין מחומצן (Oxy-Hb) מוצג.

סנכרון בין מוחות בלמידה שיתופית פתוחה: מחקר על היפר-סריקה של fNIRS

הדינמיקה בין מוחות מצמידים של אנשים מיוצגת יותר ויותר על ידי סנכרון בין מוחות (IBS) כאשר הם מתאמים זה עם זה, בעיקר באמצעות אותות הקלטה בו זמנית של מוח (כלומר היפר-סריקה) עם fNIRS. במחקרי סריקת יתר של fNIRS, IBS נבחן בדרך כלל באמצעות שיטת קוהרנטיות טרנספורמציה גל (WTC) בגלל היתרון שלה על הרחבת סדרות זמן לתוך מרחב תדר זמן שבו תנודות ניתן לראות בצורה אינטואיטיבית מאוד. ניתן לאמת עוד יותר את ה- IBS הנצפה באמצעות השיוך האקראי מבוסס התמורות של גירסת הניסיון, השותף והמצב. כאן, מוצג פרוטוקול כדי לתאר...

כיצד לחשב ולאמת סינכרון בין-מוחי במחקר היפר-סריקה של fNIRS

פרוטוקול זה מתאר קוהרנטיות של התמרת גלים חלקית (pWTC) לחישוב התבנית המפגרת בזמן של סנכרון עצבי בין-אישי (INS) כדי להסיק את הכיוון ואת התבנית הזמנית של זרימת המידע במהלך אינטראקציה חברתית. היעילות של pWTC בהסרת הבלבולים של תיקון אוטומטי של אותות ב- INS הוכחה על ידי שני ניסויים.

מדידת זרימת המידע הכיווני בנתוני fNIRS-Hyperscanning באמצעות שיטת הקוהרנטיות של התמרת גלים חלקית

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.

מידול הרשת התפקודית לניווט מרחבי במוח האנושי

Wavelet transform coherence (WTC) היא מתודולוגיה נפוצה להערכת הצימוד בין אותות המשמשת במחקרי היפר-סריקה פונקציונליים של ספקטרוסקופיה תת-אדומה קרובה (fNIRS). בעבודה זו מוצג ארגז כלים להערכת הכיווניות של אינטראקציית האות.

מסגרת חדשה להבנת קוהרנטיות בין-מוחית במחקרי היפר-סריקה תפקודית של ספקטרוסקופיה תת-אדומה קרובה (fNIRS)

רכישת נתוני טומוגרפיה דינמית של פליטת פוזיטרונים (PET) ושחזור למסגרות זמן מאפשרת ניתוח קישוריות מוחית מטבולית ברמת הנבדק היחיד. אנו מתארים שיטה לרכישת נתוני PET דינמיים [18F]FDG של מוח החולדה וקבלת מטריצת קישוריות באמצעות חילוץ עקומות זמן-פעילות של נפחים מעניינים.

חקר קישוריות מוחית מטבולית באמצעות טומוגרפיה דינמית של פליטת פוזיטרונים 2-deoxy-2-[18F]Fluoro-D-Glucose ברמת נבדק יחיד

חקור קישוריות פונקציונלית דינמית במוח באמצעות fMRI ו-ISFC. השיטה מאפשרת מעקב אחר סינכרון בין-נושאי וזיהוי תצורות רשת מוחיות משתנות לאורך זמן.

קישוריות פונקציונלי בין נושא דינאמי חושף בתצורות רשת--לרגע המוח מונע על ידי רציף או תקשורת פרדיגמות

גלה סרטונים נוספים