Method Article

İnsan Beyninde Uzamsal Navigasyon için İşlevsel Ağın Modellenmesi

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

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

Bu makale, insan beyninde uzamsal navigasyon için işlevsel ağı araştırmak için bütünleştirici bir yaklaşım sunmaktadır. Bu yaklaşım, büyük ölçekli bir nörogörüntüleme meta-analitik veritabanını, dinlenme durumu fonksiyonel manyetik rezonans görüntülemeyi ve ağ modelleme ve grafik teorik teknikleri içerir.

Abstract

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

Uzamsal navigasyon, çoklu duyusal bilgilerin entegrasyonunu ve manipülasyonunu içeren karmaşık bir işlevdir. Farklı navigasyon görevleri kullanılarak, çeşitli beyin bölgelerinin (örneğin, hipokampus, entorinal korteks ve parahipokampal yer alanı) spesifik işlevleri üzerinde birçok umut verici sonuç elde edilmiştir. Son zamanlarda, birden fazla etkileşimli beyin bölgesini içeren toplu olmayan bir ağ sürecinin, bu karmaşık işlevin sinirsel temelini daha iyi karakterize edebileceği öne sürülmüştür. Bu makale, insan beyninde uzamsal navigasyon için işlevsel olarak spesifik ağı oluşturmak ve analiz etmek için bütünleştirici bir yaklaşım sunmaktadır. Kısaca, bu bütünleştirici yaklaşım üç ana adımdan oluşur: 1) uzamsal navigasyon için önemli olan beyin bölgelerini belirlemek (düğüm tanımı); 2) bu bölgelerin her bir çifti arasındaki işlevsel bağlantıyı tahmin etmek ve bağlantı matrisini (ağ yapısı) oluşturmak; 3) Ortaya çıkan ağın topolojik özelliklerini (örneğin, modülerlik ve küçük dünyalık) araştırmak (ağ analizi). Ağ perspektifinden sunulan yaklaşım, beynimizin karmaşık ve dinamik ortamlarda esnek navigasyonu nasıl desteklediğini daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir ve ağın ortaya çıkan topolojik özellikleri, Alzheimer hastalığının erken teşhisi ve teşhisine rehberlik etmek için önemli biyobelirteçler sağlayabilir.

Introduction

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

İşlevsel özgüllük, bilişsel işlevlerin şekillenmesinde çok önemli bir rol oynayan insan beyninin temel bir organizasyon ilkesidir1. İşlevsel özgüllüğün organizasyonundaki anormallikler, ayırt edici bilişsel bozuklukları ve otizm ve Alzheimer hastalığı gibi majör beyin bozukluklarının ilişkili patolojik temellerini yansıtabilir 2,3. Geleneksel teoriler ve araştırmalar, yüz tanıma için fusiform yüz alanı (FFA)4 ve sahne işleme için parahipokampus yer alanı (PPA)5 gibi tek beyin bölgelerine odaklanma eğilimindeyken, artan sayıda kanıt, uzamsa....

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

Protocol

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

NOT: Burada kullanılan tüm yazılımlar Malzeme Tablosunda gösterilmiştir. Bu çalışmada demonstrasyon amacıyla kullanılan veriler İnsan Konektom Projesi'nden (HCP: http://www. humanconnectome.org)15 alınmıştır. Tüm deneysel prosedürler Washington Üniversitesi'ndeki Kurumsal İnceleme Kurulu (IRB) tarafından onaylandı. HCP veri setindeki görüntüleme verileri, 32 kanallı kafa bobinli modifiye edilmiş bir 3T Siemens Skyra tarayıcı kullanılarak elde edildi. Diğer görüntü elde etme parametreleri daha önceki bir makalededetaylandırılmıştır 16. Aşağıdaki ön işleme adımlarını tamamlayan gösteri için minimum düzeyde....

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

Results

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

Navigasyon ağları
Bu çalışma, en son meta-analiz nörogörüntüleme veritabanını ve AICHA atlasını dahil ederek uzamsal navigasyon ile ilişkili 27 beyin bölgesini tanımladı. Bu bölgeler, navigasyon nörogörüntüleme çalışmalarında yaygın olarak bildirilen medial temporal ve parietal bölgelerden oluşuyordu. Bu bölgelerin mekansal dağılımı Şekil 5A ve Şekil 5C'de gösterilmiştir. Bir karşılaştırma olarak, Şekil 5.......

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

Discussion

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

Ağ sinirbiliminin, beyin ağının insan bilişsel işlevlerini nasıl desteklediğini anlamada yardımcı olması beklenmektedir32. Bu protokol, insan beynindeki uzamsal navigasyon için işlevsel ağı incelemeye yönelik bütünleştirici bir yaklaşım gösterir ve bu da diğer bilişsel yapılar (örneğin dil) için ağ modellemesine ilham verebilir.

Bu yaklaşım üç ana adımdan oluşuyordu: düğüm tanımı, ağ inşası ve ağ analizi. Ağ inşası ve ağ analizi, tüm beynin genel ağ çalışmalarındakilerl.......

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

Disclosures

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

Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.

Acknowledgements

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

Xiang-Zhen Kong, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (32171031), STI 2030 - Büyük Proje (2021ZD0200409), Merkez Üniversiteler için Temel Araştırma Fonları (2021XZZX006) ve Zhejiang Üniversitesi Bilgi Teknolojileri Merkezi tarafından desteklenmiştir.

....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Beyin bağlantı araç kutusu (BCT)Mikail Rubinov & Olaf Sporns 2019Beyin Bağlantı Araç Kutusu (brain-connectivity-toolbox.net), yapısal ve işlevsel beyin bağlantısı veri setlerinin karmaşık ağ (grafik) analizi için bir MATLAB araç kutusudur.
GRETNAJinhui Wang ve ark.2GRETNA, araştırmacıların mevcut sinirbilim alanında incelenen ağ ölçümlerinin çoğunu entegre ederek beyin konektomunun topolojisi üzerinde kapsamlı analizler yapmalarına olanak tanıyan bir grafik teorik ağ analizi araç kutusudur.
MATLABMathWorks2021aMATLAB, milyonlarca mühendis ve bilim insanı tarafından verileri analiz etmek, algoritmalar geliştirmek ve modeller oluşturmak için kullanılan bir programlama ve sayısal hesaplama platformudur.
PythonGuido van Rossum ve ark.3.8.6Python, daha hızlı çalışmanıza ve sistemlerinizi daha etkili bir şekilde entegre etmenize olanak tanıyan bir programlama dilidir.
İstatistiksel Parametrik Haritalama (SPM)Karl Friston et.al 12İstatistiksel Parametrik Haritalama  fonksiyonel görüntüleme verileri hakkındaki hipotezleri test etmek için kullanılan mekansal olarak genişletilmiş istatistiksel süreçlerin oluşturulmasını ve değerlendirilmesini ifade eder.

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