Name: מידול הרשת התפקודית לניווט מרחבי במוח האנושי (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-10-13T13:20:00.000+00:00
Duration: 5 min 55 s
Description: חקור מודל רשת תפקודית לניווט מרחבי במוח האנושי באמצעות נתוני fMRI במנוחה וכלים גרפיים. השיטה מספקת ביומרקרים חדשים לזיהוי מוקדם של הפרעות נוירולוגיות כמו אלצהיימר.

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

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.

<ol><li>Kanwisher, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+specificity+in+the+human+brain%3A+a+window+into+the+functional+architecture+of+the+mind%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Functional specificity in the human brain: a window into the functional architecture of the mind.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (25), 11163-11170 (2010).</li>
<li>Coughlan, G., Laczo, J., Hort, J., Minihane, A. M., Hornberger, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatial+navigation+deficits+-+overlooked+cognitive+marker+for+preclinical+Alzheimer+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Neurology%22%5BJournal%5D)">Spatial navigation deficits - overlooked cognitive marker for preclinical Alzheimer disease.</a> Nature Reviews Neurology. 14 (8), 496-506 (2018).</li>
<li>Gilbert, S. J., Meuwese, J. D., Towgood, K. J., Frith, C. D., Burgess, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Abnormal+functional+specialization+within+medial+prefrontal+cortex+in+high-functioning+autism%3A+a+multi-voxel+similarity+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">Abnormal functional specialization within medial prefrontal cortex in high-functioning autism: a multi-voxel similarity analysis.</a> Brain. 132 (4), 869-878 (2009).</li>
<li>Kanwisher, N., McDermott, J., Chun, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+fusiform+face+area%3A+a+module+in+human+extrastriate+cortex+specialized+for+face+perception%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">The fusiform face area: a module in human extrastriate cortex specialized for face perception.</a> Journal of Neuroscience. 17 (11), 4302-4311 (1997).</li>
<li>Epstein, R., Harris, A., Stanley, D., Kanwisher, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+parahippocampal+place+area%3A+recognition%2C+navigation%2C+or+encoding%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">The parahippocampal place area: recognition, navigation, or encoding.</a> Neuron. 23 (1), 115-125 (1999).</li>
<li>Epstein, R. A., Patai, E. Z., Julian, J. B., Spiers, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+cognitive+map+in+humans%3A+spatial+navigation+and+beyond%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">The cognitive map in humans: spatial navigation and beyond.</a> Nature Neuroscience. 20 (11), 1504-1513 (2017).</li>
<li>Baumann, O., Mattingley, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extrahippocampal+contributions+to+spatial+navigation+in+humans%3A+A+review+of+the+neuroimaging+evidence%5BTitle%5D)+AND+%22Hippocampus%22%5BJournal%5D)">Extrahippocampal contributions to spatial navigation in humans: A review of the neuroimaging evidence.</a> Hippocampus. 31 (7), 640-657 (2021).</li>
<li>Auger, S. D., Mullally, S. L., Maguire, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Retrosplenial+cortex+codes+for+permanent+landmarks%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+One%22%5BJournal%5D)">Retrosplenial cortex codes for permanent landmarks.</a> PloS One. 7 (8), e43620(2012).</li>
<li>Zhen, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantifying+the+variability+of+scene-selective+regions%3A+Interindividual%2C+interhemispheric%2C+and+sex+differences%5BTitle%5D)+AND+%22Human+Brain+Mapping%22%5BJournal%5D)">Quantifying the variability of scene-selective regions: Interindividual, interhemispheric, and sex differences.</a> Human Brain Mapping. 38 (4), 2260-2275 (2017).</li>
<li>Ekstrom, A. D., Huffman, D. J., Starrett, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interacting+networks+of+brain+regions+underlie+human+spatial+navigation%3A+a+review+and+novel+synthesis+of+the+literature%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Interacting networks of brain regions underlie human spatial navigation: a review and novel synthesis of the literature.</a> Journal of Neurophysiology. 118 (6), 3328-3344 (2017).</li>
<li>Coughlan, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+connectivity+between+the+entorhinal+and+posterior+cingulate+cortices+underpins+navigation+discrepancies+in+at-risk+Alzheimer%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiology+of+Aging%22%5BJournal%5D)">Functional connectivity between the entorhinal and posterior cingulate cortices underpins navigation discrepancies in at-risk Alzheimer's disease.</a> Neurobiology of Aging. 90, 110-118 (2020).</li>
<li>Kong, X. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+navigation+network%3A+the+intrinsic+functional+organization+and+behavioral+relevance%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Structure+%26+Function%22%5BJournal%5D)">Human navigation network: the intrinsic functional organization and behavioral relevance.</a> Brain Structure & Function. 222 (2), 749-764 (2017).</li>
<li>Weisberg, S. M., Ekstrom, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hippocampal+volume+and+navigational+ability%3A+The+map+%28ping%29+is+not+to+scale%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience+%26+Biobehavioral+Reviews%22%5BJournal%5D)">Hippocampal volume and navigational ability: The map (ping) is not to scale.</a> Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 126, 102-112 (2021).</li>
<li>Tzourio-Mazoyer, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+anatomical+labeling+of+activations+in+SPM+using+a+macroscopic+anatomical+parcellation+of+the+MNI+MRI+single-subject+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Automated anatomical labeling of activations in SPM using a macroscopic anatomical parcellation of the MNI MRI single-subject brain.</a> Neuroimage. 15 (1), 273-289 (2002).</li>
<li>Van Essen, D. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+WU-Minn+human+connectome+project%3A+an+overview%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">The WU-Minn human connectome project: an overview.</a> Neuroimage. 80, 62-79 (2013).</li>
<li>Smith, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Resting-state+fMRI+in+the+human+connectome+project%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Resting-state fMRI in the human connectome project.</a> Neuroimage. 80, 144-168 (2013).</li>
<li>Wang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((GRETNA%3A+a+graph+theoretical+network+analysis+toolbox+for+imaging+connectomics%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Human+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">GRETNA: a graph theoretical network analysis toolbox for imaging connectomics.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 9, 386(2015).</li>
<li>Esteban, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((fMRIPrep%3A+a+robust+preprocessing+pipeline+for+functional+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">fMRIPrep: a robust preprocessing pipeline for functional MRI.</a> Nature Methods. 16 (1), 111-116 (2019).</li>
<li>Yan, C., Zang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((DPARSF%3A+a+MATLAB+toolbox+for%26%2334%3B+pipeline%26%2334%3B+data+analysis+of+resting-state+fMRI%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Systems+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">DPARSF: a MATLAB toolbox for&#34; pipeline&#34; data analysis of resting-state fMRI.</a> Frontiers in Systems Neuroscience. 4, 13(2010).</li>
<li>Yarkoni, T., Poldrack, R. A., Nichols, T. E., Van Essen, D. C., Wager, T. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-scale+automated+synthesis+of+human+functional+neuroimaging+data%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">Large-scale automated synthesis of human functional neuroimaging data.</a> Nature Methods. 8 (8), 665-670 (2011).</li>
<li>Joliot, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((AICHA%3A+An+atlas+of+intrinsic+connectivity+of+homotopic+areas%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">AICHA: An atlas of intrinsic connectivity of homotopic areas.</a> Journal of Neuroscience Methods. 254, 46-59 (2015).</li>
<li>Murphy, K., Birn, R. M., Handwerker, D. A., Jones, T. B., Bandettini, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+impact+of+global+signal+regression+on+resting+state+correlations%3A+are+anti-correlated+networks+introduced%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">The impact of global signal regression on resting state correlations: are anti-correlated networks introduced.</a> Neuroimage. 44 (3), 893-905 (2009).</li>
<li>Fox, M. D., Zhang, D., Snyder, A. Z., Raichle, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+global+signal+and+observed+anticorrelated+resting+state+brain+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">The global signal and observed anticorrelated resting state brain networks.</a> Journal of Neurophysiology. 101 (6), 3270-3283 (2009).</li>
<li>Xiang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graph-based+network+analysis+of+resting-state+fMRI%3A+test-retest+reliability+of+binarized+and+weighted+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Imaging+and+Behavior%22%5BJournal%5D)">Graph-based network analysis of resting-state fMRI: test-retest reliability of binarized and weighted networks.</a> Brain Imaging and Behavior. 14, 1361-1372 (2020).</li>
<li>Rubinov, M., Sporns, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Complex+network+measures+of+brain+connectivity%3A+uses+and+interpretations%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Complex network measures of brain connectivity: uses and interpretations.</a> Neuroimage. 52 (3), 1059-1069 (2010).</li>
<li>Maslov, S., Sneppen, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Specificity+and+stability+in+topology+of+protein+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Specificity and stability in topology of protein networks.</a> Science. 296 (5569), 910-913 (2002).</li>
<li>Shrout, P. E., Fleiss, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intraclass+correlations%3A+uses+in+assessing+rater+reliability%5BTitle%5D)+AND+%22Psychological+Bulletin%22%5BJournal%5D)">Intraclass correlations: uses in assessing rater reliability.</a> Psychological Bulletin. 86 (2), 420(1979).</li>
<li>McGraw, K. O., Wong, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Forming+inferences+about+some+intraclass+correlation+coefficients%5BTitle%5D)+AND+%22Psychological+Methods%22%5BJournal%5D)">Forming inferences about some intraclass correlation coefficients.</a> Psychological Methods. 1 (1), 30(1996).</li>
<li>Andellini, M., Cannatà, V., Gazzellini, S., Bernardi, B., Napolitano, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Test-retest+reliability+of+graph+metrics+of+resting+state+MRI+functional+brain+networks%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Test-retest reliability of graph metrics of resting state MRI functional brain networks: A review.</a> Journal of Neuroscience Methods. 253, 183-192 (2015).</li>
<li>Cao, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Test-retest+reliability+of+fMRI-based+graph+theoretical+properties+during+working+memory%2C+emotion+processing%2C+and+resting+state%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Test-retest reliability of fMRI-based graph theoretical properties during working memory, emotion processing, and resting state.</a> Neuroimage. 84, 888-900 (2014).</li>
<li>Rousson, V., Gasser, T., Seifert, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessing+intrarater%2C+interrater+and+test-retest+reliability+of+continuous+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Statistics+in+medicine%22%5BJournal%5D)">Assessing intrarater, interrater and test-retest reliability of continuous measurements.</a> Statistics in medicine. 21 (22), 3431-3446 (2002).</li>
<li>Bullmore, E., Sporns, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Complex+brain+networks%3A+graph+theoretical+analysis+of+structural+and+functional+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Complex brain networks: graph theoretical analysis of structural and functional systems.</a> Nature Reviews Neuroscience. 10 (3), 186-198 (2009).</li>
<li>Patai, E. Z., Spiers, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+versatile+wayfinder%3A+prefrontal+contributions+to+spatial+navigation%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Cognitive+Sciences%22%5BJournal%5D)">The versatile wayfinder: prefrontal contributions to spatial navigation.</a> Trends in Cognitive Sciences. 25 (6), 520-533 (2021).</li>
<li>Wegman, J., Janzen, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+encoding+of+objects+relevant+for+navigation+and+resting+state+correlations+with+navigational+ability%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Cognitive+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Neural encoding of objects relevant for navigation and resting state correlations with navigational ability.</a> Journal of Cognitive Neuroscience. 23 (12), 3841-3854 (2011).</li>
<li>Braun, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Test-retest+reliability+of+resting-state+connectivity+network+characteristics+using+fMRI+and+graph+theoretical+measures%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Test-retest reliability of resting-state connectivity network characteristics using fMRI and graph theoretical measures.</a> Neuroimage. 59 (2), 1404-1412 (2012).</li>
</ol>

המחברים מצהירים כי אין ניגוד עניינים.

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...

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 אזורי מוח מרובים6. חקירת המנגנונים העומדים בבסיס האינטראקציות התומכות בתפקודים קוגניטיביים מורכבים היא שאלה מדעית קריטית שתסייע לשפוך אור על הארכיטקטורה התפקודית והפעולה של המוח. כאן, אם ניקח את הניווט המרחבי כדוגמה, אנו מציגים שיטה אינטגרטיבית למידול הרשת התפקודית לניווט מרחבי במוח האנושי.
ניווט מרחבי הוא פונקציה קוגנטיבית מורכבת, הכוללת אינטגרציה ומניפולציה של רכיבים קוגנטיבים מרובים, כגון קידוד חזותי-מרחבי, זיכרון וקבלת החלטות7. באמצעות דימות תהודה מגנטית תפקודי (fMRI), מחקרים רבים התקדמו משמעותית בהבנת העיבוד הקוגניטיבי והמנגנונים העצביים העומדים בבסיסם. לדוגמה, תפקודים מסוימים נקשרו לאזורי מוח שונים באמצעות משימות ניווט שונות: עיבוד סצנות קשור באופן ספציפי ל-PPA, וטרנספורמציה של אסטרטגיות ניווט קשורה לקליפת המוח הרטרוספלנאלית (RSC)8,9. מחקרים אלה סיפקו תובנות חשובות לגבי הבסיס העצבי של ניווט מרחבי. עם זאת, ניווט הוא פונקציה דינמית ורב-מודאלית פנימית, והפונקציות של אזורים בודדים אינן מספיקות כדי להסביר הבדלים אינדיבידואליים גדולים בניווט מרחבי10 הנצפים בדרך כלל.
עם הופעתה של קונקטומיה מבוססת fMRI, חוקרים החלו לחקור כיצד כמה אזורי מפתח במוח מתקשרים זה עם זה כדי לתמוך בניווט מרחבי. לדוגמה, קישוריות תפקודית בין פיתול החגורה האנטורינלי והאחורי נמצאה כמבססת פערי ניווט במחלת אלצהיימר בסיכון11. במחקר אחר הצענו לראשונה גישת רשת על ידי שילוב שיטות קונקטום וכמעט כל האזורים הרלוונטיים מבחינה תפקודית (צמתים) לניווט מרחבי, והתוצאות הראו כי תכונות טופולוגיות של רשת זו הראו קשרים ספציפיים עם התנהגויות ניווט12. מחקר זה מספק תובנות חדשות לגבי תיאוריות על האופן שבו אזורי מוח מרובים מתקשרים זה עם זה כדי לתמוך בהתנהגויות ניווט גמישות10,13.
העבודה הנוכחית מדגימה גרסה מעודכנת של הגישה האינטגרטיבית למידול הרשת הפונקציונלית. בקצרה, נכללו שני עדכונים: 1) בעוד הצמתים שהוגדרו במחקר המקורי זוהו על בסיס מסד נתונים מוקדם וקטן יותר (55 מחקרים עם 2,765 הפעלות, גישה בשנת 2014), ההגדרה הנוכחית התבססה על מסד הנתונים העדכני ביותר (77 מחקרים עם 3,908 הפעלות, גישה בשנת 2022); 2) כדי להגביר את ההומוגניות התפקודית של כל צומת, מלבד האטלס המקורי של AAL אנטומי (תיוג אנטומי אוטומטי)14, יישמנו פרצלציה חדשה במוח, בעלת רזולוציה עדינה בהרבה והומוגניות תפקודית גבוהה יותר (ראה להלן). ציפינו ששני העדכונים ישפרו את המידול של הרשת הפונקציונלית. פרוטוקול מעודכן זה מספק הליך מפורט לחקירת הבסיס העצבי של ניווט מרחבי מנקודת מבט של רשת ומסייע להבין וריאציות אינדיבידואליות בהתנהגויות ניווט בבריאות ובחולי. הליך דומה יכול לשמש גם עבור מידול רשת עבור מבנים קוגניטיביים אחרים (למשל, שפה וזיכרון).

<table><tbody><tr><td>ארגז כלים לקישוריות מוחית (BCT)</td><td>מיכאיל רובינוב & אולף ספורנס&nbsp;</td><td>2019</td><td>ארגז הכלים לקישוריות המוח (brain-connectivity-toolbox.net) הוא ארגז כלים של MATLAB לניתוח רשתות מורכבות (גרף) של מערכי נתונים מבניים ותפקודיים של קישוריות מוחית.</td></tr><tr><td>גרטנה</td><td>ג'ינהוי וואנג ואח'.</td><td>2</td><td>GRETNA 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.</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks</td><td>2021a</td><td>MATLAB היא פלטפורמת תכנות ומחשוב מספרי המשמשת מיליוני מהנדסים ומדענים לניתוח נתונים, פיתוח אלגוריתמים ויצירת מודלים.</td></tr><tr><td>Python</td><td>Guido van Rossum et al.</td><td>3.8.6</td><td>פייתון היא שפת תכנות המאפשרת לך לעבוד מהר יותר ולשלב את המערכות שלך בצורה יעילה יותר.</td></tr><tr><td>מיפוי פרמטרי סטטיסטי (SPM)</td><td>קארל פריסטון ואחרים&nbsp;</td><td>12</td><td>מיפוי פרמטרי סטטיסטי&nbsp; מתייחס לבנייה והערכה של תהליכים סטטיסטיים מורחבים מרחבית המשמשים לבדיקת השערות לגבי נתוני הדמיה תפקודית.</td></tr></tbody></table>

מידול הרשת התפקודית לניווט מרחבי במוח האנושי

Modeling the Functional Network for Spatial Navigation in the Human Brain

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.

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...

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.

Spatial navigation is a complex function involving the integration and manipulation of multisensory information. Using different navigation tasks, many ...

ניווט מרחבי הוא תהליך מורכב המערב רשת מבוזרת במוח. עבודתנו מציגה גישה אינטגרטיבית למידול רשת פונקציונלית לניווט מרחבי באמצעות נתוני FMRI. מודל הרשת האופטימלי מספק תובנות חדשות להבנת האופן שבו אזורים במוח ברשת מתקשרים.מודל הרשת יכול גם ללכוד טוב יותר שונות בהתנהגויות הן בבריאות והן במחלות. השיטה שלנו יכולה להיות מיושמת גם על מחקרים או פונקציות מורכבות אחרות. לדוגמה, הליך דומה יכול לשמש למידול רשת המוח עבור שפה וזיכרון.כדי להתחיל, בדוק את איכות הנתונים ואל תכלול משתתפים עם נתוני בדיקה חוזרת חסרים ותנועת ראש מוגזמת. לאחר מכן פתח את ניתוח הרשת התיאורטי של הגרפים או את ארגז הכלים של GRETNA ב- MATLAB. לחץ על הכרטיסייה FC Matrix Construction"ובחר את הנתיב של ערכת הנתונים הפונקציונלית כדי לטעון את המסמכים nifty.בצע את השלבים כפי שמוצג באפשרות קו הצינור. לאחר מכן, כדי לבצע הגדרת צומת רשת, הורד את מסד הנתונים האחרון של Neurosynth על-ידי הקלדת הפקודה הבאה. לאחר מכן צור מופע חדש של ערכת נתונים ממסד הנתונים.TXT והוסף תכונות לנתונים אלה על-ידי הקלדת פקודה זו. הפעל מטא-אנליזה של מונח העניין, כגון ניווט, על-ידי הקלדת הפקודה. לאחר מכן, הגדר אשכולות עניין על ידי שילוב המפה המטא אנליטית וכל אטלס הפרצלציה של המוח כגון AICHA או AAL על ידי הקלדת פקודה זו מ- FSL.לאחר מכן הקלד את הסקריפטים הבאים בפייתון כדי לבדוק את הגודל של כל אזור במפה. לאחר מכן, שלב את כל אזורי המוח בתבנית על ידי FSL Maths ב- FSL. להערכת קישוריות רשת, לחץ על FC Matrix Construction בתוכנת GRETNA ולחץ על מתאם סטטי.העלה את הצומת המתקבל מהגדרת צומת הרשת כאטלס כדי לחשב את המתאם הסטטי של אותות rs-fMRI של כל זוג אזורים והעבר אותם לציוני Z של פישר. כדי לקבל רשת חיובית ומשוקללת עם השלבים המוצגים באפשרות הצינור, לחץ על ניתוח רשת. לאחר מכן הוסף את מטריצות הרשת לחלון מטריצת קישוריות המוח ובחר ספריית פלט להכנה.הוסף עולם קטן, יעילות גלובלית, מקדם אשכולות, אורך נתיב קצר ביותר, מרכזיות מעלות ויעילות מקומית לצנרת ניתוח המדדים של רשת GRETNA. בחר חיובי בסימן המטריצה. בחר דלילות רשת בשיטת הסף והזן קבוצה של רצפי סף.בחר את סוג הרשת כמשוקלל. הגדר את מספר הרשת האקראית כ- 1, 000 ולחץ על הפעל. כדי לקבוע את המספר האופטימלי של מודולים ברשת, תחילה חשב את רשת הניווט הממוצעת.לאחר מכן חלק את הרשת הממוצעת המתקבלת ל- 2, 3, 4 ו- 5 מודולים באמצעות הפונקציה, אשכול ספקטרלי, ב- MATLAB. לאחר מכן יישר את חלוקות המודולים באמצעות הסקריפט, procrustes_alignment. m, ולחשב את החלק של הצמתים מחולק לאותו מודול במנוחה אחת ומנוחה שתיים.בחר את מספר המודולים עם יכולת החזרה הגבוהה ביותר. כדי לבצע את ניתוח הרשת, בחן את הדמיון של מדדי רשת אלה בין שתי רשתות עם סוגים שונים של אסטרטגיות ללא הגדרה כמו NaviNet AICHA ו- NaviNet AAL. בדקו את אמינות הבדיקה החוזרת של מדדי רשת אלה באמצעות הפונקציה ICC ב-MATLAB.במחקר זה, 27 אזורי מוח הקשורים לניווט מרחבי זוהו באמצעות אטלס AICHA. אזורים אלה כללו את האזורים האמצעיים, הרקתיים והקודקודיים שדווחו במחקרי דימות מוחי של ניווט. לשם השוואה, נכללו 20 אזורים מאטלס AAL.הוא הראה חפיפה גדולה והתפלגות קהילתית דומה בין שתי הקבוצות, כולל מודולים גחונים וגביים דומים בשתי הרשתות. יתר על כן, חמישה מתוך ששת המדדים, למעט מקדם האשכולות, הראו מתאם מובהק בין שתי הרשתות. ערכי הדמיון גדלו עם סף הדלילות עבור כמעט כל המדדים, דבר המצביע על כך שניתוח רמת הרשת יכול לשקף הבדלים אינדיבידואליים יציבים, ללא תלות בבחירות הגדרת הצמתים, וכי סף הדלילות של 0.30 עד 0.40 יביא להכללה טובה יותר בניתוח רשתות ניווט.יתר על כן, הערכת מהימנות שאר המדדים הטופולוגיים של רשתות הניווט הצביעה על כך שרוב מדדי הרשת הראו אמינות הוגנת עד טובה ב- AICHA, בעוד שרשת AAL הראתה אמינות גבוהה יחסית. בנוסף, הכללת רגרסיה גלובלית של אותות בעיבוד מקדים של נתוני FMRI עלולה לגרום לאמינות גבוהה. תוצאות אלה הצביעו על כך שמקדם האשכולות והעולם הקטן הם האמינים ביותר מבין מדדים אלה.בעזרת גישה זו, חוקרים יכולים לחקור את מסלול ההתפתחות של רשתות ספציפיות מבחינה תפקודית. מאפייני הרשת מספקים גם סמנים ביולוגיים חדשים להנחיית זיהוי מוקדם של הפרעות מוחיות כגון מחלת אלצהיימר.

modeling-functional-network-for-spatial-navigation-human

Research

JoVE Journal

Neuroscience

מדעי המוח

אנו משתמשים מגנטו (MEG) ו electroencephalography (EEG) כדי למפות אזורים במוח המעורבים בעיבוד גירויים חושיים פשוטים.

מיפוי פונקציונלית עם מג סימולטני EEG

MazeSuite הוא ערכת הכלים השלמה להכין, להציג ולנתח ניסויים ניווט מרחבית. ספקטרוסקופיה פונקציונלית קרוב אינפרא אדום (fNIR) הוא המוח הדמיה אופטית טכניקה המאפשרת ניטור פולשני ונייד של שינויים חמצון הדם המוחיים. מאמר זה מסכם להשתמש הקולקטיבי של MazeSuite ו fNIR בתוך פרדיגמה עיבוד קוגניטיבי למידה.

שימוש MazeSuite והתפקודי ליד ספקטרוסקופית אינפרא אדום כדי ללמוד למידה מרחבית ניווט

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

ניטור פעילות מוחית במהלך משימות מוטוריות זקופות הוא בעל ערך רב כאשר חוקרים את המקור העצבי להפרעות תנועה. כאן, אנו מדגימים פרוטוקול המשלב ספקטרוסקופיה פונקציונלית קרוב לאינפרא אדום עם ניטור רציף של פעילות שרירים וקינמטית במהלך 4 סוגים של משימות מוטוריות.

קרוב פונקציונלי אינפרא אדום ספקטרוסקופיה של אזורים חושיים ומוטורי במוח עם סימולטני Kinematic וניטור EMG במהלך משימות מוטוריות

הפרוטוקול הנוכחי מתאר מבוך הניתן להגדרה מחדש, מערכת ייחודית לבדיקת ניווט מרחבי ופנוטיפים התנהגותיים במכרסמים. יכולת ההסתגלות של מערכת מבוך זו מאפשרת ביצוע ניסויים שונים בסביבה פיזיקלית אחת. הקלות של סידור מחדש של מבנים מייצרת תוצאות ניסוי אמינות וניתנות לשחזור.

שימוש במערכת מבוך הניתנת להגדרה מחדש כדי לשפר את יכולת השחזור של בדיקות ניווט מרחביות במכרסמים

כאן אנו מציגים מטלת ניווט מרחבית חדשנית, קצרה ופעילה המעריכה הן את יכולת הניווט המרחבי והן את יכולת הזיכרון האפיזודי. חשוב לציין שניווט מרחבי וזיכרון אפיזודי היו קשורים זה לזה, ומשימה זו הפגינה רגישות לפעילות גופנית.

הערכת ניווט מרחבי אנושי במרחב וירטואלי ורגישותו לפעילות גופנית

כאן, אנו משתמשים ב- HD-MEA כדי להתעמק בדינמיקה חישובית של הרכבים עצביים בקנה מידה גדול, במיוחד בהיפוקמפוס, מעגלי פקעות ריח ורשתות נוירונים אנושיות. לכידת פעילות מרחבית-זמנית, בשילוב עם כלים חישוביים, מספקת תובנות לגבי מורכבות ההרכב העצבי. השיטה משפרת את ההבנה של תפקודי המוח, ועשויה לזהות סמנים ביולוגיים וטיפולים להפרעות נוירולוגיות.

הקלטה וניתוח של דינמיקה של אנסמבל עצבי רב-מודאלי בקנה מידה גדול במערך מיקרואלקטרודות בצפיפות גבוהה משולב CMOS

מאמר זה מתאר כיצד למקם מטרות ספציפיות לתפקוד עבור התערבויות או טיפולים חוזרים ונשנים של גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי כאשר ציוד ניווט אינו זמין.

מיקום מטרות ספציפיות לפונקציה לגירוי מגנטי טרנס-גולגולתי בהיעדר ציוד ניווט

כאן, אנו מתארים פרוטוקול סטנדרטי למיפוי מוטורי באמצעות nTMS בשילוב עם שחזור טנסורי דיפוזיה (DTI) של מסלול הקורטיקוספינל (CST). הפרוטוקול ניתן לשחזור, ישים קלינית וניתן לשילוב בקלות בתהליכים קליניים שגרתיים, ומספק מסגרת חזקה וחשובה להערכת מסלולים מוטוריים, מחקר נוירופלסטיות ותכנון שיקום.

פרוטוקול סטנדרטי למיפוי מוטורי פונקציונלי באמצעות גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי מנווט

במאמר זה, נבחן את המתודולוגיה שיקולים רלוונטיים שילוב של TMS ו-fMRI לבחון את ההשפעות של גירוי המוח ברשת מחדל.

שילוב של גירוי מגנטי fMRI Transcranial ולבחון את רשת מצב ברירת מחדל

חקור מודל רשת תפקודית לניווט מרחבי במוח האנושי באמצעות נתוני fMRI במנוחה וכלים גרפיים. השיטה מספקת ביומרקרים חדשים לזיהוי מוקדם של הפרעות נוירולוגיות כמו אלצהיימר.

מידול הרשת התפקודית לניווט מרחבי במוח האנושי

גלה סרטונים נוספים