Name: modeling the functional network for spatial navigation in the human brain
Uploaded: 2023-10-13T13:20:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Modeling the Functional Network for Spatial Navigation in the Human Brain at JoVE.com

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.

הערה: כל התוכנות המשמשות כאן מוצגות בטבלת החומרים. הנתונים ששימשו במחקר זה למטרות הדגמה היו מפרויקט הקונקטום האנושי (HCP: http://www. humanconnectome.org)15. כל הליכי הניסוי אושרו על ידי מועצת הביקורת המוסדית (IRB) באוניברסיטת וושינגטון. נתוני הדמיה במערך הנתונים של HCP נרכשו באמצעות סור...

<ol>
	<li>Kanwisher, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+specificity+in+the+human+brain:+a+window+into+the+functional+architecture+of+the+mind.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+navigation+deficits+-+overlooked+cognitive+marker+for+preclinical+Alzheimer+disease.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Abnormal+functional+specialization+within+medial+prefrontal+cortex+in+high-functioning+autism:+a+multi-voxel+similarity+analysis.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+fusiform+face+area:+a+module+in+human+extrastriate+cortex+specialized+for+face+perception.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+parahippocampal+place+area:+recognition,+navigation,+or+encoding.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+cognitive+map+in+humans:+spatial+navigation+and+beyond.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extrahippocampal+contributions+to+spatial+navigation+in+humans:+A+review+of+the+neuroimaging+evidence.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Retrosplenial+cortex+codes+for+permanent+landmarks.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantifying+the+variability+of+scene-selective+regions:+Interindividual,+interhemispheric,+and+sex+differences.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interacting+networks+of+brain+regions+underlie+human+spatial+navigation:+a+review+and+novel+synthesis+of+the+literature.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+connectivity+between+the+entorhinal+and+posterior+cingulate+cortices+underpins+navigation+discrepancies+in+at-risk+Alzheimer's+disease.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+navigation+network:+the+intrinsic+functional+organization+and+behavioral+relevance.">Human navigation network: the intrinsic functional organization and behavioral relevance.</a> Brain Structure &amp; Function. 222 (2), 749-764 (2017).</li><li>Weisberg, S. M., Ekstrom, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hippocampal+volume+and+navigational+ability:+The+map+(ping)+is+not+to+scale.">Hippocampal volume and navigational ability: The map (ping) is not to scale.</a> Neuroscience &amp; Biobehavioral Reviews. 126, 102-112 (2021).</li><li>Tzourio-Mazoyer, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+anatomical+labeling+of+activations+in+SPM+using+a+macroscopic+anatomical+parcellation+of+the+MNI+MRI+single-subject+brain.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+WU-Minn+human+connectome+project:+an+overview.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resting-state+fMRI+in+the+human+connectome+project.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=GRETNA:+a+graph+theoretical+network+analysis+toolbox+for+imaging+connectomics.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=fMRIPrep:+a+robust+preprocessing+pipeline+for+functional+MRI.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DPARSF:+a+MATLAB+toolbox+for&amp;#34;+pipeline&amp;#34;+data+analysis+of+resting-state+fMRI.">DPARSF: a MATLAB toolbox for&amp;#34; pipeline&amp;#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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-scale+automated+synthesis+of+human+functional+neuroimaging+data.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AICHA:+An+atlas+of+intrinsic+connectivity+of+homotopic+areas.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+impact+of+global+signal+regression+on+resting+state+correlations:+are+anti-correlated+networks+introduced.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+global+signal+and+observed+anticorrelated+resting+state+brain+networks.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graph-based+network+analysis+of+resting-state+fMRI:+test-retest+reliability+of+binarized+and+weighted+networks.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complex+network+measures+of+brain+connectivity:+uses+and+interpretations.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Specificity+and+stability+in+topology+of+protein+networks.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intraclass+correlations:+uses+in+assessing+rater+reliability.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Forming+inferences+about+some+intraclass+correlation+coefficients.">Forming inferences about some intraclass correlation coefficients.</a> Psychological Methods. 1 (1), 30 (1996).</li><li>Andellini, M., Cannat&#224;, V., Gazzellini, S., Bernardi, B., Napolitano, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Test-retest+reliability+of+graph+metrics+of+resting+state+MRI+functional+brain+networks:+A+review.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Test-retest+reliability+of+fMRI-based+graph+theoretical+properties+during+working+memory,+emotion+processing,+and+resting+state.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessing+intrarater,+interrater+and+test-retest+reliability+of+continuous+measurements.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complex+brain+networks:+graph+theoretical+analysis+of+structural+and+functional+systems.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+versatile+wayfinder:+prefrontal+contributions+to+spatial+navigation.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+encoding+of+objects+relevant+for+navigation+and+resting+state+correlations+with+navigational+ability.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Test-retest+reliability+of+resting-state+connectivity+network+characteristics+using+fMRI+and+graph+theoretical+measures.">Test-retest reliability of resting-state connectivity network characteristics using fMRI and graph theoretical measures.</a> Neuroimage. 59 (2), 1404-1412 (2012).</li></ol>

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 כ?...

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 border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Brain connectivity toolbox (BCT)</td>
			<td>Mikail Rubinov &#38; Olaf Sporns&#160;</td>
			<td>2019</td>
			<td>The Brain Connectivity Toolbox (brain-connectivity-toolbox.net) is a MATLAB toolbox for complex-network (graph) analysis of structural and functional brain-connectivity data sets.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GRETNA</td>
			<td>Jinhui Wang et al.</td>
			<td>2</td>
			<td>GRETNA is a graph theoretical network analysis toolbox which allows researchers to perform comprehensive analysis on the topology of brain connectome by integrating the most of network measures studied in current neuroscience field.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td>2021a</td>
			<td>MATLAB is a programming and numeric computing platform used by millions of engineers and scientists to analyze data, develop algorithms, and create models.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Python</td>
			<td>Guido van Rossum et al.</td>
			<td>3.8.6</td>
			<td>Python is a programming language that lets you work more quickly and integrate your systems more effectively.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Statistical Parametric Mapping (SPM)</td>
			<td>Karl Friston et.al&#160;</td>
			<td>12</td>
			<td>Statistical Parametric Mapping&#160;refers to the construction and assessment of spatially extended statistical processes used to test hypotheses about functional imaging data.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

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 מוצ?...

Watch this Scientific Journal Video about Modeling the Functional Network for Spatial Navigation in the Human Brain at JoVE.com

Modeling the Functional Network for Spatial Navigation in the Human Brain

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

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.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Combining Transcranial Magnetic Stimulation and fMRI to Examine the Default Mode Network

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

The default mode network is a group of brain regions that are active when an individual is not focused on the outside world and the brain is at "wakeful ...

Using MazeSuite and Functional Near Infrared Spectroscopy to Study Learning in Spatial Navigation

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

MazeSuite is a complete toolset to prepare, present and analyze navigational and spatial experiments1. MazeSuite can be used to design and edit adapted ...

High-resolution Functional Magnetic Resonance Imaging Methods for Human Midbrain

ברזולוציה גבוהה תהודה מגנטית פונקציונלית שיטות המוח התיכון האדם

Functional MRI (fMRI) is a widely used tool for non-invasively measuring correlates of human brain activity. However, its use has mostly been focused upon ...

High-throughput Analysis of Locomotor Behavior in the Drosophila Island Assay

High-throughput Analysis of Locomotor Behavior in the Drosophila Island Assay

ניתוח תפוקה גבוהה של התנהגות גינקולוגיות וזמינותו האי דרוזופילה

Advances in next-generation sequencing technologies contribute to the identification of (candidate) disease genes for movement disorders and other ...

Recording Synaptic Plasticity in Acute Hippocampal Slices Maintained in a Small-volume Recycling-, Perfusion-, and Submersion-type Chamber System

הקלטה הפלסטיות הסינפטית בפרוסות בהיפוקמפוס חריפה, בהשתתפות של מיחזור - בנפח מצומצם, זלוף- ומערכת ועלייתו-סוג תא

Even though experiments on brain slices have been in use since 1951, problems remain that reduce the probability of achieving a stable and successful ...

3D Kinematic Analysis for the Functional Evaluation in the Rat Model of Sciatic Nerve Crush Injury

3D ניתוח קימטי עבור הערכה פונקציונלית במודל חולדה של פציעה העצבים הגיד מעיכה

Compared to the Sciatic Functional Index (SFI), kinematic analysis is a more reliable and sensitive method for performing functional evaluations of ...

Determining the Functional Status of the Corticospinal Tract Within One Week of Stroke

קביעת הסטטוס הפונקציונלי של בדרכי Corticospinal בתוך שבוע של שבץ

High interindividual variability in the recovery of upper limb (UL) function after stroke means it is difficult to predict an individual&#39;s potential ...

Generation of Human Neurons and Oligodendrocytes from Pluripotent Stem Cells for Modeling Neuron-Oligodendrocyte Interactions

יצירת נוירונים אנושיים ואוליגודנדרוציטים מתאי גזע פלוריפוטנטיים למידול אינטראקציות נוירון-אוליגודנדרוציטים

In Alzheimer&#8217;s disease (AD) and other neurodegenerative disorders, oligodendroglial failure is a common early pathological feature, but how it ...

A Metric Test for Assessing Spatial Working Memory in Adult Rats Following Traumatic Brain Injury

מבחן מטרי להערכת זיכרון עבודה מרחבי בחולדות בוגרות בעקבות פגיעה מוחית טראומטית

Impairments to sensory, short-term, and long-term memory are common side effects after traumatic brain injury (TBI). Due to the ethical limitations of ...

Generation of Human Brain Organoids for Mitochondrial Disease Modeling

דור אורגנוידים במוח האדם למידול מחלות מיטוכונדריאליות

Mitochondrial diseases represent the largest class of inborn errors of metabolism and are currently incurable. These diseases cause neurodevelopmental ...