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人脑对话的新模型可以为有关脑部疾病 认知的研究提供参考

印第安纳大学神经科学家小组建立了一种人类大脑网络的新模型,该模型揭示了大脑的功能。该模型提供了探索的新工具的个体差异在脑部的网络,这是脑部疾病和疾病的分类,以及对理解人类的行为和认知能力至关重要。该模型突出显示了不同的大脑结构-细胞,细胞群或特定区域-以及这些结构之间正在进行的,重叠的一系列“对话”,这些对话在比其他方法以前提供的更精确的时间尺度上进行了追踪。

《自然神经科学》一项新研究的高级作者理查德·贝策尔说:“该模型为我们提供了关于大脑的新视角,使我们对大脑功能的认识更加清晰。” Betzel是IU布卢明顿艺术与科学学院心理与脑科学系的教授。“它强调了新的组织特征,我们希望将其用作诊断工具或某些疾病的生物标志物。”

由于新模型生动地描绘了大脑网络的个体差异(将一个人的大脑网络与另一个人的大脑网络区分开的特质签名或指纹),研究人员认为,这对于分类脑部疾病和疾病可能很有用。

Betzel的实验室已开始与IU心理和脑科学自闭症研究者Dan Kennedy一起在自闭症谱系障碍的分类中使用该模型。IU神经科学家Olaf Sporns与IU医学院印第安纳州阿尔茨海默氏病研究中心的研究人员合作,已开始在痴呆症,记忆任务和执行任务的背景下使用该模型,以查看他们是否可以找到这些疾病的标记患阿尔茨海默氏病的风险。

该模型还可以帮助研究人员了解大脑网络如何与某些有关认知任务的行为或能力相关。

Betzel在这项研究中的合作者Sporns说:“我们只是在表面上划痕。” “这就是使该项目如此激动人心的原因:有些新感觉。”

在拥挤的房间里聊天的片段

研究人员利用三个现有的大型数据集,利用IU网络科学家IU Luddy信息,计算和工程学院的副教授IU网络科学家Yong Yeol Ahn的理论工作,构建了模型。研究人员没有对每个节点代表不同大脑结构的网络“节点”之间的交互进行建模,而是建立了一个大脑模型,其中“边缘”(节点之间的连接)位于前端和中心。

通过采取这一步骤,“我们将注意力转移到成对的大脑区域如何在时间上交谈和交流,” Betzel说。“我们并没有说大脑的两个部分的激活是相关的,而是得到了对话本身的信号。我们的网络正在告诉我们有关互动性的对话,这是以前没有人做过的。”

Sporns继续类推,“我们思考这些边缘社区的一种方式是,大脑区域如何彼此交谈的模式,就像在拥挤的房间中交谈的片段。”

从节点到边缘的转移增加了旧模型中不存在的复杂性层。新的以边缘为中心的方法总共使用了200个节点或200个大脑结构,它们之间有19,900个连接,并查看这些连接之间的链接。这19,990个连接之间的链接远远超过1.5亿个。

“尽管要跟踪这么多的数字更为复杂,并且需要功能更强大的计算机,但通过这种新的视角查看数据却发现了许多我们以前看不到的联系,”美国大学的合作者和研究生Joshua Faskowitz说。 Sporns的实验室。“它揭示了传统的以节点为中心的方法以前不会敏感的关系。”

正如Betzel所说的:“我们拥有另一种视角来观察大脑。”

普遍重叠

该模型的主要优点是它提供“普遍重叠”的视图,即每个大脑结构参与多个正在进行的对话的程度。新模型代表了大脑区域的多功能性,大脑的每个部分都参与了多种功能。

贝特泽尔说:“我们认为这种普遍的重叠可能是大脑的基本特征。” “我们正在画一幅大脑的图片,那里的互动比以往更多。”

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