Nowatorska metoda mapowania mózgu ujawnia złożone interakcje neuronowe, umożliwiając identyfikację zadań, unikalne „odciski palców” mózgu i spostrzeżenia behawioralne. Daje nadzieję na rozwój neuronauki i zrozumienie chorób neurodegeneracyjnych.
Przełomowe podejście do mapowania aktywności i połączeń mózgu dostarczyło nowych informacji na temat organizacji funkcji wyższego rzędu, takich jak język, myślenie i uwaga.
Konwencjonalne modele aktywności mózgu zazwyczaj skupiają się na interakcjach między dwoma regionami jednocześnie. To ograniczenie wynika z ograniczeń istniejących technik modelowania, które nie są jeszcze wystarczająco zaawansowane, aby uchwycić złożoność interakcji obejmujących wiele obszarów mózgu jednocześnie.
Nowe podejście opracowane przez naukowców z Uniwersytet w Birmingham jest w stanie odbierać sygnały mierzone za pomocą neuroobrazowania i tworzyć na ich podstawie dokładne modele, aby pokazać, w jaki sposób różne obszary mózgu przyczyniają się do określonych funkcji i zachowań. Wyniki publikowane są w Komunikacja przyrodnicza.
Główny badacz, dr Enrico Amico, powiedział: „Złożone systemy, takie jak mózg, zależą od interakcji między grupami regionów, a nie tylko między parami regionów. Chociaż wiemy – teoretycznie – że tak jest, do tej pory nie mieliśmy mocy obliczeniowej wymaganej do modelowania tego.”
Wykorzystanie danych projektu Human Connectome
W badaniu grupa wykorzystała dane z fMRI skany zarejestrowane w ramach projektu Human Connectome. To zakrojone na szeroką skalę konsorcjum badawcze utworzono w celu zmapowania ludzkiego mózgu, powiązania jego struktury z funkcją i zachowaniem.
Skany te mogą jednak dostarczyć jedynie „zakłóconych” szacunków aktywności neuronów, dlatego potrzebne są metody statystyczne, aby oczyścić dane i skompilować dokładne szacunki interakcji na podstawie sygnałów neuroobrazowania.
Pobierając 100 niepowiązanych ze sobą podmiotów z bazy danych projektów, zespół stworzył szczegółowe modele interakcji wyższego rzędu. Przetestowali je w trzech kluczowych obszarach, aby sprawdzić przydatność tego podejścia.
Zastosowania nowej metody
W pierwszym przypadku udało im się wykazać, że możliwe jest określenie, jakie zadanie mogła wykonywać dana osoba, znajdując się pod skanerem fMRI. W drugim obszarze badań zespół wykazał, że można zidentyfikować konkretną osobę na podstawie sygnałów jej mózgu – wykorzystując te sygnały jako swego rodzaju unikalny odcisk palca w mózgu danej osoby.
W trzecim obszarze badacze wykazali, w jaki sposób można oddzielić sygnały mózgowe wyższego rzędu danej osoby od sygnałów niższego rzędu i jak można je powiązać z cechami behawioralnymi każdej osoby.
Pierwszym autorem artykułu jest dr Andrea Santoro z Instytutu CENTAI we Włoszech. Powiedział: „Nasze podejście, potwierdzone na podstawie danych pochodzących od zdrowych osób, pokazuje znaczne korzyści, jakie ta metoda może zaoferować w badaniach neurologicznych. W przyszłości metodę tę można będzie wykorzystać także do modelowania interakcji u osób cierpiących na choroby neurodegeneracyjne, np Alzheimeragdzie mogliby dostarczyć cennych informacji na temat zmian funkcji mózgu w czasie, a nawet zidentyfikować przedkliniczne objawy tych schorzeń”.
Odniesienie: „Konektomika wyższego rzędu funkcji ludzkiego mózgu ujawnia lokalne topologiczne sygnatury dekodowania zadań, indywidualnej identyfikacji i zachowania”, Andrea Santoro, Federico Battiston, Maxime Lucas, Giovanni Petri i Enrico Amico, 26 listopada 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-54472-y
