Method Article

Modellazione della rete funzionale per la navigazione spaziale nel cervello umano

DOI:

10.3791/65150

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October 13th, 2023

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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

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Questo articolo presenta un approccio integrativo allo studio della rete funzionale per la navigazione spaziale nel cervello umano. Questo approccio incorpora un database meta-analitico di neuroimaging su larga scala, una risonanza magnetica funzionale in stato di riposo e tecniche di modellazione di rete e di teoria dei grafi.

Abstract

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La navigazione spaziale è una funzione complessa che coinvolge l'integrazione e la manipolazione di informazioni multisensoriali. Utilizzando diversi compiti di navigazione, sono stati ottenuti molti risultati promettenti sulle funzioni specifiche di varie regioni cerebrali (ad esempio, ippocampo, corteccia entorinale e area del luogo paraippocampale). Recentemente, è stato suggerito che un processo di rete non aggregato che coinvolge più regioni cerebrali interagenti possa caratterizzare meglio le basi neurali di questa complessa funzione. Questo articolo presenta un approccio integrativo per la costruzione e l'analisi della rete funzionalmente specifica per la navigazione spaziale nel cervello umano. In breve, questo approccio integrativo consiste in tre fasi principali: 1) identificare le regioni cerebrali importanti per la navigazione spaziale (definizione dei nodi); 2) stimare la connettività funzionale tra ciascuna coppia di queste regioni e costruire la matrice di connettività (costruzione della rete); 3) studiare le proprietà topologiche (e.g., modularità e piccola mondanità) della rete risultante (analisi di rete). L'approccio presentato, dal punto di vista della rete, potrebbe aiutarci a capire meglio come il nostro cervello supporti la navigazione flessibile in ambienti complessi e dinamici, e le proprietà topologiche rivelate della rete possono anche fornire importanti biomarcatori per guidare l'identificazione precoce e la diagnosi della malattia di Alzheimer nella pratica clinica.

Introduction

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La specificità funzionale è un principio organizzativo fondamentale del cervello umano, che svolge un ruolo cruciale nel plasmare le funzioni cognitive1. Le anomalie nell'organizzazione della specificità funzionale possono riflettere i disturbi cognitivi distintivi e le basi patologiche associate ai principali disturbi cerebrali come l'autismo e il morbo di Alzheimer 2,3. Mentre le teorie e le ricerche convenzionali tendono a concentrarsi su singole regioni cerebrali, come l'area fusiforme del viso (FFA) per il riconoscimento facciale4 e l'area del posto del para....

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Protocol

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NOTA: Tutto il software utilizzato qui è mostrato nella Tabella dei materiali. I dati utilizzati in questo studio a scopo dimostrativo provengono dallo Human Connectome Project (HCP: http://www. humanconnectome.org)15. Tutte le procedure sperimentali sono state approvate dall'Institutional Review Board (IRB) dell'Università di Washington. I dati di imaging nel set di dati HCP sono stati acquisiti utilizzando uno scanner 3T Siemens Skyra modificato con una bobina di testa a 32 canali. Altri parametri di acquisizione delle immagini sono descritti in dettaglio in un precedente articolo16. Per la dimostrazio....

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Results

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Le reti di navigazione
Il presente studio ha identificato 27 regioni cerebrali, che sono associate alla navigazione spaziale, incorporando l'ultimo database di neuroimaging di meta-analisi e l'atlante AICHA. Queste regioni erano costituite dalle regioni mediale, temporale e parietale che sono state comunemente riportate negli studi di neuroimaging di navigazione. La distribuzione spaziale di queste regioni è mostrata nella Figura 5A e nella Fi.......

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Discussion

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Ci si aspetta che le neuroscienze di rete aiutino a capire come la rete cerebrale supporta le funzioni cognitive umane32. Questo protocollo dimostra un approccio integrativo allo studio della rete funzionale per la navigazione spaziale nel cervello umano, che può anche ispirare la modellazione di reti per altri costrutti cognitivi (ad esempio, il linguaggio).

Questo approccio consisteva in tre fasi principali: definizione del nodo, costruzione della rete e analisi della.......

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Disclosures

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Gli autori dichiarano che non vi è alcun conflitto di interessi.

Acknowledgements

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Xiang-Zhen Kong è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China (32171031), STI 2030 - Major Project (2021ZD0200409), Fundamental Research Funds for the Central Universities (2021XZZX006) e Information Technology Center of Zhejiang University.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Cassetta degli attrezzi per la connettività cerebrale (BCT)Mikail Rubinov & Olaf Sporns2019Il Brain Connectivity Toolbox (brain-connectivity-toolbox.net) è un toolbox MATLAB per l'analisi di reti complesse (grafi) di set di dati strutturali e funzionali sulla connettività cerebrale.
GRETNAJinhui Wang et al.2GRETNA è un toolbox per l'analisi teorica dei grafi che consente ai ricercatori di eseguire analisi complete sulla topologia del connettoma cerebrale integrando la maggior parte delle misure di rete studiate nell'attuale campo delle neuroscienze.
MATLABMathWorks2021aMATLAB è una piattaforma di programmazione e calcolo numerico utilizzata da milioni di ingegneri e scienziati per analizzare i dati, sviluppare algoritmi e creare modelli.
PitoneGuido van Rossum et al.3.8.6Python è un linguaggio di programmazione che ti permette di lavorare più velocemente e di integrare i tuoi sistemi in modo più efficace.
Mappatura Parametrica Statistica (SPM)Karl Friston et.al 12Mappatura parametrica statistica  Si riferisce alla costruzione e alla valutazione di processi statistici spazialmente estesi utilizzati per testare ipotesi sui dati di imaging funzionale.

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.

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