Dinamik arası konu fonksiyonel bağlantı ortaya koymaktadır an an beyin ağ yapılandırmaları tarafından sürekli tahrik veya iletişim paradigmaların
21 Mart 2019
Açıklanan yaklaşım amacı ne anlarda paradigma (zamansal perspektif) ve hangi bölgelerine (mekansal perspektif) arasında fonksiyonel bağlantı içinde önemli kurulmaksızın fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme üzerinde meydana belirlemektir kayıtları sırasında zaman kilitli bir uyarıcı oynanır.
Metodumuz sayesinde, fonksiyonel beyin etkileşimlerinin konular arasında senkronize edildiği zaman anları belirlenebilir ve görselleştirilebilir. Yaklaşımımızın en büyük avantajı, özneler arası fonksiyonel beyin yanıtlarında ki değişiklikleri istatistiksel olarak sağlam bir şekilde dinamik olarak izleyebilme yeteneğidir. Boru hattımız, farklı deneklerin işlevsel sinyalleri arasındaki senkronizasyonun değerlendirilmesini sağlar.
Ve bu daha sonra sağlıklı kontroller gibi farklı popülasyonlar ve otizm ve şizofreni gibi hastalık ve bozukluk etkilenenler arasında karşılaştırılabilir. Yöntemimiz, farklı zaman kursları kümeleri arasındaki senkronizasyonu dinamik olarak izlemek isteyen her türlü araştırmaya fayda sağlayabilir. Bu da elektroensefalografi gibi diğer görüntüleme yöntemlerine de uygulanabilir.
Yöntemin görsel gösterimi, yeni kullanıcıların yöntemin farklı işlem adımlarını ve grafik kullanıcı arabiriminin işlevselliğini anlamalarına olanak tanır. Görüntüleme prosedürünü gösteren Roberto Martuzzi, araştırma merkezimizin önde gelen MR Operatörü olacaktır. Her gönüllünün analizde dikkate alınması için, taranmış gönüllünün zaman kaydedilmiş ilgi paradigmasına ve taranmış gönüllünün gözleri kapalı tarayıcıda istirahat te yattığı ve uykuya dalmaması talimatı verilen bir fonksiyonel görüntüleme oturumuna tabi tutulduğu en az bir fonksiyonel Manyetik Rezonans Görüntüleme veya fMRI oturumu gerçekleştirin.
Sonra yapısal bir MRI hacmi elde edin. İlk ön işleme grafik kullanıcı arabirimi penceresini açmak için MATLAB terminaline JOVE_GUI1 girin. Ardından fMRI verilerini girin' i tıklatın, uygun yeniden hizalanmış işlevsel birimleri seçin ve ilgili düzenlenebilir metin penceresine verilerin yineleme süresini saniyeler içinde girin.
T1 verilerini girin'i tıklatın ve üç uygun olasılıksal doku türü hacmini seçin. Hareket dosyasını girin'i tıklatın ve ilgi oturumundan hareket parametrelerini içeren metin dosyasını seçin. Ardından, verilerin trendinin bozulması gerekip gerekmediğini ve hangi covariates'in gerilenmesi gerektiğini seçin.
Verileri önceden işlemek için, Ön İşlem'i tıklatın ve ekranın pencerede görünmesini bekleyin. Veriler, seçenekleri değiştirerek ve İşlem Öncesi düğmesine yeniden tıklayarak farklı şekilde yeniden işlenebilir. Ardından, ikinci işlem öncesi grafik kullanıcı arabirimi penceresini açmak için MATLAB terminaline JOVE_GUI2 girin ve önceden işlenmiş veri dosyasını seçmek için verileri seçin'i tıklatın.
Atlası Seçin'i tıklatın ve parcellation için kullanılacak atlası temsil eden Nörogörüntüleme Bilişim Teknolojisi Girişimi veya NIFTI dosyasını seçin. Ters çözgü seçin'i tıklatın ve Montreal Nörolojik Enstitüsü'nden yerel alana deformasyon alanını temsil eden NIFTI dosyasını seçin. Ardından fMRI birimini seçin ve fMRI veri birimlerinden herhangi birini seçin.
Ovma ile ilgili bilgileri girmek için, ovma türü listesine, etiketlenmiş çerçevelerden önce ve sonra silinecek çerçeve sayısını seçin. Ovma eşik metin penceresinde, bir fMRI hacminin milimetre cinsinden temizlenmesi gereken çerçeve bilge yer değiştirme eşik değerini girin. Ardından, tekrarlama zamanlarında Inter-Subjection Fonksiyonel Korelasyon veya ISFC hesaplamaları için kullanılacak kaydırma penceresi W boyutunu girin ve ovma ve filtreleme adımlarından önce ve sonra gösterge atlas zaman derslerini görüntülemek için Çizim'i tıklatın.
Kayan pencere ISFC hesaplamaları için, iscf ile ilgili ilk grafik kullanıcı arabirimi penceresini açmak için MATLAB terminaline JOVE_GUI3 girin ve uygun veri dosyalarının tümünü seçmek için verileri yükle'yi tıklatın. Seçili oturum segmentlerinin faz rasgeleleştirmeden geçmesi gerekip gerekmediğini seçin ve bağlantı ölçümlerinin hesaplanması gereken yineleme zamanlarında pencere boyutunu ve ardışık pencerelerin kaydırılması gereken yineleme zamanlarında adım boyutunu girin. Bir den artan tamsayı numaralarını kullanarak yüklenen oturum segmentlerinden hangisinin aynı deneysel koşulda edinilmiş olduğunu belirtmek için oturum türleri tablosunu değiştirin ve farklı segment türlerini etiketleyin.
Uygun editable metin pencerelerinde, ISFC hesaplamalarını gerçekleştirmek için önyükleme kıvrımlarının sayısını ve ISFC hesaplamalarının her bir katını oluşturması gereken konu sayısını girin. Zamanlama parametreleri bölümünde, zaman derslerinin hangi alt bölümünün analiz edilmesi gerektiğine ilişkin özellikleri girin ve ISFC hesaplamalarını gerçekleştirmek için Çizim'i tıklatın. Ekranlar, geçen çizme bağlama kıvrımlarının miktarıyla birlikte zaman içinde kademeli olarak güncellenecektir.
ISFC ile ilgili ikinci grafik kullanıcı arabirimi penceresini açmak için MATLAB terminaline JOVE_GUI4 girin. Uyarıcıyla ilgili ISFC çıktı dosyalarını seçmek için ISFC verilerini yükleyin'i tıklatın ve uyarıcıyla ilgili ISFC çıktı dosyalarını seçin. Null ISFC çıktı dosyalarını seçmek için Null Verilerini Yükle'yi tıklatın ve kullanılan null veri oluşturma düzenine bağlı olarak dinlenme durumu ISFC'yi veya faz rasgele uyarıcıyla ilişkili ISFC çıkış dosyalarını seçin.
Ardından Yükle kod kitabını tıklatın ve kod defteri dosyasını seçin. Uygun editable metin penceresinde, önemli değişiklikleri vurgulamak için ISFC zaman derslerinin eşiğe satılması gereken yüzde alfa değerini girin. Null dağıtım oluşturmak için, kullanılabilir null ISFC ölçümlerinin tümünün belirli bir bağlantı için toplandığı ve ardından uyarıcıyla ilişkili ISFC ölçümlerinin seçilen alfa değerine göre eşleştirileceğini sağlayan ISFC eşik işlemini başlatmak için Çizim'i tıklatın.
ISFC uzamsal desenlerini farklı zaman noktalarında görselleştirmek için kaydırıcıyı ISFC gezi alanının altına sürükleyin. Bu temsili oturumlarda, değerlendirilen film 5'ten 353 saniyeye kadar gösterildi ve 386 saniyeden 678 saniyeye kadar dinlenen bir devlet bölümü yer aldı. Buna ek olarak, her konu için bir 310 saniyelik tek tek istirahat devlet oturumu elde edildi.
ISFC zaman kursları w 10 ve W 5 tekrarlama kez bir bölge aracılık yanıt inhibisyonu içeren üç farklı temsili bağlantılar için pencere uzunluklarında oluşturuldu ve başka bir sırasıyla hareketli nesnelerin beklentisi dahil, duyusal koordinasyon, ya da kelime anlamlarının işlenmesi. W 5 tekrarlama zamanlarında gürültü daha büyüktür ve bağlantı bir ve iki film izleme süresi kursunda zamana kilitlenmiş ISFC değişiklikleri gözlenir. Burada, istatistiksel olarak anlamlı zaman kilitlenmiş ISFC geçicilerini gösteren deneklerin fraksiyonu aynı üç bağlantı için gösterilmiştir.
Daha sağlam ISFC ölçümleri ekstraksiyonu kolaylaştırdığı ve daha fazla yanlışpozitif tespit edildikçe daha büyük alfa değerlerinde daha fazla geçen pencere uzunluklarında geçerli ler daha fazlasızlık Bu temsili verilerde, özellikle bir film özü hareketli nesnelere bağlı yanıt inhibisyonu dahil oldu ve yaygın ISFC değişiklikleri sürdü. Pencere uzunluğu, sağlam tahminler için ne çok kısa ne de ISFC dinamiklerini yakalamak için çok uzun olmalıdır.
Ve yanlış pozitifleri sınırlamak için yeterince sıkı bir alfa değeri kullanılmalıdır. ISFC ölçümleri özel zamansal özellikleri incelenmesi için tüm beyin ISFC durumlarına kümelenebilir. Önemli ISFC geçici leri, bilgi akışını yansıtan bir grafik olarak da temsil edilebilir.
Genel Bakış
Bu çalışma, zaman kilitli uyaranlar sırasında fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) kullanarak fonksiyonel bağlantıdaki dinamik değişimleri takip etmek için yeni bir yaklaşım sunmaktadır. Bu yöntem, özneler arası fonksiyonel beyin yanıtlarının görselleştirilmesini ve değerlendirilmesini kolaylaştırarak sağlıklı popülasyonlar ile otizm ve şizofreni gibi bozukluklardan etkilenen bireyler arasında karşılaştırmalar yapılmasına olanak tanır.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Nörobilim
- Fonksiyonel Görüntüleme
- Bağlantısallık Analizi
Arka Plan
- fMRI verilerini analiz etmeye yönelik geleneksel yöntemler, dinamik bağlantısallık değişikliklerini etkili bir şekilde yakalayamayabilir.
- Fonksiyonel bağlantısallık denekler arasında farklılık gösterebilir ve bu durum nörogörüntüleme verilerinin yorumlanmasını etkileyebilir.
- Fonksiyonel bağlantısallık yeniden yapılandırmasının önemli anlarını ve bölgelerini belirlemek, beyin fonksiyonlarının anlaşılması açısından kritik öneme sahiptir.
Çalışmanın Amacı
- Bireyler arasında senkronize fonksiyonel beyin etkileşimlerini belirlemek için bir yöntem geliştirmek.
- Nöral mekanizmaların anlaşılmasını kolaylaştırmak amacıyla bu senkronizasyonun görselleştirilmesini sağlamak.
- Yöntemi, sağlıklı bireyler ile nöropsikiyatrik bozukluklardan etkilenen bireyler arasındaki beyin bağlantılarını karşılaştırmak için uygulamak.
Kullanılan Yöntemler
- Hem zamana kilitli bir paradigma hem de dinlenme durumları sırasında fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) oturumlarından yararlanılmıştır.
- Çalışma, MATLAB bünyesinde veri seçimi ve hareket artefaktlarının temizlenmesini içeren ön işleme adımlarını kapsamıştır.
- Dinamik bağlantısallık, tanımlanmış zaman pencereleri üzerinden denekler arası fonksiyonel korelasyon (ISFC) hesaplamaları kullanılarak değerlendirilmiştir.
- Verilerin verimli bir şekilde işlenmesi ve analizi için görsel gösterimler ve GUI araçları kullanılmıştır.
Temel Sonuçlar
- Bu yöntem, beyin sinyallerinin denekler arası senkronizasyonunun dinamik olarak izlenmesine olanak tanıyarak, bağlantısal değişimin kritik anlarını ortaya çıkarmaktadır.
- Farklı popülasyonlar, aynı uyaranlara maruz kaldıklarında belirgin şekilde farklı fonksiyonel bağlantı örüntüleri sergilemiştir.
- Örnekleyici vakalar, farklı deneysel koşullar altında ISFC zaman seyirlerinde varyasyonlar olduğunu göstermiştir.
Sonuçlar
- Bu çalışma, beyin bağlantısallığının zamansal ve mekansal dinamiklerini analiz etmek için güçlü bir teknik sunmaktadır.
- Yöntemden elde edilen bilgiler, sağlıklı durumlarda ve hastalıklarda nöral senkronizasyon mekanizmalarına dair anlayışımızı geliştirebilir.
- Bu yaklaşım, çeşitli bozukluklarda nörogörüntüleme alanında daha geniş uygulamalar için vaat taşımaktadır.
Sıkça Sorulan Sorular
Sektörel Uygulama ve Önem
Bu yöntem, denekler arası fonksiyonel bağlantının dinamik olarak izlenmesini sağlayarak, uyarana bağlı beyin ağı yeniden yapılandırmalarını spontan dalgalanmalardan ayırmak için istatistiksel olarak sağlam bir yaklaşım sunar. Bireyler arasındaki anlık senkronizasyonu yakalayarak, bağlantı tabanlı hipotezlerin mekanistik risk azaltımı yoluyla nöropsikiyatrik araştırmalarda hedef doğrulamasını destekler. Sağlıklı ve hastalık gruplarının karşılaştırılabilme yeteneği, translasyonel biyobelirteç keşfinde ve preklinik model uyumunda öngörü güvenini artırır.
Biyofarma Ar-Ge'sinde Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Bilimsel Değer: Belirli uyaran ipuçlarını denekler arasındaki senkronize beyin bağlantısallığı değişiklikleriyle ilişkilendirerek terapötik hipotezleri sorgular.
- Operasyonel Değer: Denekler arası anlamlı fonksiyonel korelasyon değişikliklerini izole eden titiz bir eşikleme yoluyla biyolojik risk azaltma imkanı sağlar.
- Öngörücü Değer: Bilişsel veya davranışsal paradigmalarla ilişkili tekrarlanabilir bağlantısallık imzalarını tanımlayarak portföy önceliklendirmesini destekler.
Tarama ve Analiz Geliştirme
- Bilimsel Değer: Özneler arası ölçülebilir fonksiyonel korelasyon zaman seyirleri oluşturarak, valide edilmiş biyolojik sistemleri sonraki iş akışları için hazırlar.
- Operasyonel Değer: Güçlü istatistiksel çıkarımlar için kayan pencere analizi ve bootstrapping katlamaları aracılığıyla assay standardizasyonu ve tekrarlanabilirliği sağlar.
- Ölçeklenebilirlik: Platformun laboratuvarlar arasında yeniden kullanımına olanak tanıyan halka açık boru hattı ve GUI araçları ile taramaya hazırlık durumunu vurgular.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Translasyonel Süreklilik: Sağlıklı kontroller ile otizm ve şizofreni gibi bozukluklardan etkilenen popülasyonlar arasında karşılaştırmalar yapılmasını sağlayarak hastalıkla olan ilgisini tartışır.
- Mekanistik Risk Azaltma: Bağlantı yeniden yapılandırmasının zamansal profillerini ve mekansal anlık görüntülerini yakalayarak, keşif aşamasından preklinik doğrulamaya kadar olan sürekliliği tanımlar.
- Riski Ayarlanmış İlerleme: Önemli denekler arası fonksiyonel korelasyon geçişlerini bilgi akışını yansıtan grafikler olarak temsil ederek karar verme süreçlerini destekler.
Boru Hattı ve İş Akışı Entegrasyonu
Bu yöntem, hipotez testinden öncü bileşik tanımlamaya kadar olan keşif sürecine uyum sağlayarak, preklinik yatırımlar öncesinde hedef güvenilirliği için bir filtre olarak dinamik bağlantısallık analizini desteklemektedir.
- Keşif Biyolojisi: Yöntemin, sürekli veya iletişim paradigmalarıyla yönlendirilen anlık beyin ağı konfigürasyonlarını izleyerek hipotez testlerini nasıl desteklediğini açıklar.
- Tarama: Ayarlanabilir pencere uzunluğu ve adım boyutu ile tanımlanmış zaman pencereleri üzerinden yapılan denekler arası fonksiyonel korelasyon hesaplamaları aracılığıyla assay hazırlığını tanımlar.
- Analitik: Koşullar arası karşılaştırmayı mümkün kılan denekler arası fonksiyonel korelasyon zaman seyirleri ve eşik değerle belirlenmiş anlamlı değişiklikler gibi ölçümleri vurgular.
- Translasyonel Araştırma: Belirli uyaranlarla ilişkili bağlantısallık modellerinin görselleştirilmesine olanak tanıyarak yöntemi preklinik sürekliliğe bağlar ve biyobelirteç hizalamasına yardımcı olur.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Yöntemi, MATLAB tabanlı GUI araçları ve ekipler arası standardizasyon için açıkça paylaşılan bir iş akışı aracılığıyla yeniden kullanılabilir bir yetkinlik olarak çerçeveler.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Öngörü güvenilirliği, hedef doğrulaması, bağlantı odaklı hipotezlerdeki mekanistik belirsizliğin azaltılması.
- Operasyonel Değer: Görüntüleme oturumları boyunca denekler arası fonksiyonel korelasyon analizinin standardizasyonu, tekrarlanabilirliği ve ölçeklenebilirliği.
- Stratejik Değer: Nöropsikiyatrik ilaç geliştirmede daha iyi devam/dur kararları, sermaye verimliliği ve geç evre biyolojik risklerin azaltılması.
- Portföy Etkisi: Tekrarlanabilir, stimülusa bağlı beyin ağı yeniden yapılandırmalarına dayalı, riske göre ayarlanmış önceliklendirme ve ilerleme kararları.
Uygulama Hususları
- fMRI ön işleme, MATLAB tabanlı GUI kullanımı ve denekler arası fonksiyonel korelasyon analizi konularında uzmanlık gereklidir.
- Enstrümantasyon gereksinimleri, elektroensefalografi ile uyumluluk içeren fonksiyonel ve yapısal MRI kazanımını kapsar.
- Ekipler arası standardizasyon; kayan pencere parametrelerinin, bootstrapping katlarının ve anlamlılık için alfa eşik değerlerinin tutarlı kullanımını gerektirir.
- Model sistemler arası adaptasyon değerlendirmeleri, dinamik yakalama ile sağlam tahminler arasındaki dengeyi kurmak için pencere uzunluğunun ve adım boyutunun ayarlanmasını içerir.
- Pratik kısıtlamalar arasında, bootstrap katı başına yeterli denek sayısına ihtiyaç duyulması ve yalancı pozitifleri önlemek için null veri üretim şemalarının dikkatle seçilmesi yer alır.
