Коннектограмма
Коннектограммы — это графическое представление коннектомики , области исследований, посвященной картированию и интерпретации всех соединений волокон белого вещества в человеческом мозге. Эти круговые графики, основанные на данных диффузионной МРТ, используют теорию графов для демонстрации связей белого вещества и корковых характеристик для отдельных структур, отдельных субъектов или популяций.
Структура
[ редактировать ]
Предыстория и описание
[ редактировать ]Коннектограмма , как графическое изображение коннектомики мозга , была предложена в 2012 году. [1]
Круговые изображения связей использовались во многих дисциплинах; примеры включают представление аспектов эпидемий, [2] географические сети, [3] музыкальные ритмы, [4] разнообразие популяций птиц, [5] и геномные данные. [6] Коннектограммы также были названы источником вдохновения для стиля отображения шлема Тони Старка в « Железном человеке 3» . [7]
Коннектограммы имеют круглую форму: левая половина изображает левое полушарие, а правая половина — правое полушарие. Полушария далее подразделяются на лобную долю , островковую кору , лимбическую долю , височную долю , теменную долю , затылочную долю , подкорковые структуры и мозжечок . Внизу также представлен ствол мозга между двумя полушариями. Внутри этих долей каждая область коры помечена аббревиатурой и имеет свой собственный цвет, который можно использовать для обозначения тех же самых областей коры на других рисунках, например, на парцеллированных поверхностях мозга на соседнем изображении, чтобы читатель мог найти соответствующие области коры на геометрически точной поверхности и увидеть, насколько несопоставимыми могут быть соединенные области. Внутри коркового поверхностного кольца каждый концентрический круг представляет различные атрибуты соответствующих областей коры. Эти метрические кольца в порядке от самого внешнего к самому внутреннему представляют объем серого вещества , площадь поверхности. толщина коры, кривизна и степень связности (относительная доля волокон, начинающихся или заканчивающихся в этой области, по сравнению со всем мозгом). Внутри этих кругов линии соединяют области, которые оказались структурно связанными. Относительная плотность (количество волокон) этих соединений отражается на непрозрачности линий, так что можно легко сравнивать различные соединения и их структурную значимость. Дробная анизотропия каждого соединения отражается в его цвете. [1]
Использование
[ редактировать ]Картирование мозга
[ редактировать ]Благодаря недавнему согласованному стремлению составить карту всего человеческого мозга и его связей, [8] [9] становится все более важным найти способы графического представления больших объемов данных, используемых в коннектомике . Большинство других представлений коннектома используют трехмерное изображение и поэтому требуют интерактивного графического интерфейса пользователя. [1] Коннектограмма может отображать 83 области коры внутри каждого полушария и визуально отображать, какие области структурно связаны, и все это на плоской поверхности. Поэтому их удобно хранить в картах пациентов или отображать в печатном виде. Графики изначально были разработаны с использованием инструмента визуализации Circos. [10] [11]
Клиническое использование
[ редактировать ]
На индивидуальном уровне коннектограммы можно использовать для лечения пациентов с нейроанатомическими аномалиями. Коннектограммы использовались для мониторинга прогресса неврологического восстановления пациентов, перенесших черепно-мозговую травму (ЧМТ). [12] Они также были применены к знаменитому пациенту Финеасу Гейджу , чтобы оценить повреждение его нейронной сети (а также повреждение на корковом уровне — основное внимание в более ранних исследованиях Гейджа). [13]
Эмпирическое исследование
[ редактировать ]Коннектограммы могут представлять средние показатели корковых показателей (объем серого вещества, площадь поверхности, толщина коры, кривизна и степень связности), а также данные трактографии , такие как средние плотности и фракционная анизотропия связей, среди популяций любого размера. . Это позволяет проводить визуальное и статистическое сравнение между такими группами, как мужчины и женщины. [14] разные возрастные группы или здоровые контрольные группы и пациенты. Некоторые версии использовались для анализа того, насколько разделены сети в популяциях пациентов. [15] или относительный баланс между меж- и внутриполушарными связями. [16]
Модифицированные версии
[ редактировать ]Существует множество возможностей включения мер в кольца коннектограммы. Иримия и Ван Хорн (2012) опубликовали коннектограммы, которые исследуют корреляционные связи между регионами, и используют эти цифры для сравнения подходов теории графов и коннектомики. [17] Некоторые из них были опубликованы без учета корковых показателей. [18] Другие включают дополнительные меры, касающиеся нейронных сетей , [19] которые можно добавить в качестве дополнительных колец внутрь, чтобы показать метрики теории графов , как в расширенной коннектограмме здесь:
Регионы и их сокращения
[ редактировать ]| Акроним | Область в коннектограмме |
|---|---|
| ACgG/S | Передняя часть поясной извилины и борозды |
| ACIRINS | Передний сегмент круговой борозды островка |
| АЛШорп | Горизонтальная ветвь переднего сегмента латеральной борозды (или щели) |
| АЛСПак | Вертикальная ветвь переднего сегмента латеральной борозды (или щели) |
| АнгГ | Угловая извилина |
| AOCS | Передняя затылочная борозда и предзатылочная вырезка (височно-затылочная вырезка) |
| АТрКоС | Передняя поперечная коллатеральная борозда |
| CCS | Калькариновая борозда |
| CgSMarp | Краевая ветвь (или часть) поясной борозды |
| CoS/LinS | Медиальная затылочно-височная борозда (коллатеральная борозда) и язычная борозда |
| CS | Центральная борозда (щель Роландо) |
| Кон | Клин |
| ФМарГ/С | Лобно-краевая извилина (Вернике) и борозда |
| бегство | Латеральная затылочно-височная извилина ( веретенообразная извилина ) |
| ХГ | Извилина Хешля (передняя поперечная височная извилина) |
| ИнфЦирИнС | Нижний сегмент круговой борозды островка |
| ИнфФГОпп | Оперкулярная часть нижней лобной извилины |
| ИнфФГОрп | Орбитальная часть нижней лобной извилины |
| ИнфФГТрип | Треугольная часть нижней лобной извилины |
| ИнфФС | Нижняя лобная борозда |
| ИнфОкГ/С | Нижняя затылочная извилина и борозда |
| ИнфПрКС | Нижняя часть предцентральной борозды |
| ИнтПС/ТрПС | Внутритеменная борозда (межтеменная борозда) и поперечная теменная борозда |
| ИнфТГ | Нижняя височная извилина |
| ИнфТС | Нижняя височная борозда |
| JS | Sulcus intermedius primus (Йенсена) |
| ЛинГ | Язычная извилина, язычная часть медиальной затылочно-височной извилины. |
| ЛОКТЫ | Латеральная затылочно-височная борозда |
| ЛоИНГ/ЦИНС | Длинная островковая извилина и центральная островковая борозда. |
| В течение | Латеральная глазничная борозда |
| МАКгГ/С | Средне-передняя часть поясной извилины и борозды |
| МедОрС | Медиальная орбитальная борозда (обонятельная борозда) |
| МФГ | Средняя лобная извилина |
| МФС | Средняя лобная борозда |
| МОкГ | Средняя затылочная извилина, латеральная затылочная извилина |
| МОКС/ЛУС | Средняя затылочная борозда и полулунная борозда |
| MPosCgG/S | Среднезадняя часть поясной извилины и борозды |
| МТГ | Средняя височная извилина |
| ОкПо | Затылочный полюс |
| ОрГ | Орбитальные извилины |
| ОрС | Орбитальные борозды (Н-образные борозды) |
| ПаКЛ/С | Парацентральная долька и борозда |
| ПаХипГ | Парагиппокампальная извилина , парагиппокампальная часть медиальной затылочно-височной извилины. |
| ПерКаС | Перикаллозальная борозда (S мозолистого тела) |
| POCS | Теменно-затылочная борозда (или щель) |
| ПоПл | Полярная плоскость верхней височной извилины |
| PosCG | Постцентральная извилина |
| PoCS | Постцентральная борозда |
| PosDCgG | Задне-дорсальная часть поясной извилины |
| PosLS | Задняя ветвь (или сегмент) латеральной борозды (или щели) |
| ПостТрКоС | Задняя поперечная коллатеральная борозда |
| PosVCgG | Задне-вентральная часть поясной извилины (перешеек поясной извилины) |
| ПрКГ | Прецентральная извилина |
| ПрКун | Предклинье |
| РГ | Прямая извилина (прямая извилина) |
| СбКаГ | Подмозолистая область , подмозолистая извилина |
| СбКГ/С | Субцентральная извилина (центральная покрышка) и борозды |
| СборС | Суборбитальная борозда (sulcus rostrales, супраорбитальная борозда) |
| СбПС | Подтеменная борозда |
| ШоИНГ | Короткие островковые извилины |
| СуМарГ | Супрамаргинальная извилина |
| СупЦирИнС | Верхний сегмент круговой борозды островка |
| СупФГ | Верхняя лобная извилина |
| СупФС | Верхняя лобная борозда |
| СупОкГ | Верхняя затылочная извилина |
| SupPrCS | Верхняя часть предцентральной борозды |
| СУПОКС/ТРОКС | Верхняя затылочная борозда и поперечная затылочная борозда |
| СупПЛ | Верхняя теменная долька |
| СупТГЛп | Латеральная часть верхней височной извилины |
| СупТС | Верхняя височная борозда |
| ТПл | Височная плоскость верхней височной извилины |
| ТПо | Временной полюс |
| ТРФПоГ/С | Поперечные лобнополярные извилины и борозды |
| TrTS | Поперечная височная борозда |
| Амг | Миндалевидное тело |
| Может | Хвостатое ядро |
| Бедро | Гиппокамп |
| NAcc | Прилежащее ядро |
| Pal | Паллидум |
| Мог | Путамен |
| Да | Таламус |
| CeB | Мозжечок |
| БСтем | Мозговой ствол |
См. также
[ редактировать ]- Коннектом – Полная карта нейронных связей в мозге.
- Коннектомика - Изучение составления схем подключения.
- Проект Human Connectome - Исследовательский проект
- Картирование мозга - набор методов нейробиологии.
- Трактография – 3D-визуализация нервных путей с помощью диффузионной МРТ.
- Хордовая диаграмма (визуализация информации) – графический метод отображения взаимосвязей между данными в матрице.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Иримия, Андрей; Чемберс, MC; Торгерсон, CM; Ван Хорн, доктор юридических наук (2 апреля 2012 г.). «Круговое представление корковых сетей человека для коннектомной визуализации на субъектном и популяционном уровне» . НейроИмидж . 60 (2): 1340–51. doi : 10.1016/j.neuroimage.2012.01.107 . ПМЦ 3594415 . ПМИД 22305988 .
- ^ Го, Чжэньян; и др. (январь 2013 г.). «Национальные границы эффективно останавливают распространение бешенства: нынешняя эпидемия бешенства в Китае отличается от случаев заболевания в соседних странах» . PLOS Забытые тропические болезни . 7 (1): е2039. дои : 10.1371/journal.pntd.0002039 . ПМК 3561166 . ПМИД 23383359 .
- ^ Хеннеманн, Стефан (2013). «Информационная визуализация плотных географических сетей». Журнал карт . 9 (1): 1–8. дои : 10.1080/17445647.2012.753850 . hdl : 10.1080/17445647.2012.753850 . S2CID 128952987 .
- ^ Ламере, Пол (12 ноября 2012 г.). «Бесконечный музыкальный автомат» . Музыкальная техника .
- ^ Джетц, В.; Г.Х. Томас; Джей Би Джой; К. Хартманн; АО Моерс (15 ноября 2012 г.). «Глобальное разнообразие птиц в пространстве и времени». Природа . 491 (7424): 444–448. Бибкод : 2012Natur.491..444J . дои : 10.1038/nature11631 . ПМИД 23123857 . S2CID 590585 .
- ^ Да, Кевин; и др. (26 сентября 2012 г.). «Классификация геномных регионов человека на основе экспериментально определенных сайтов связывания более чем 100 факторов, связанных с транскрипцией» . Геномная биология . 13 (9): Р48. дои : 10.1186/gb-2012-13-9-r48 . ПМЦ 3491392 . ПМИД 22950945 .
- ^ Барбас, Хелен (октябрь 2017 г.). Пауло Дж. С. Гонсалвес (ред.). VR, AR, MR МОДЕЛИРОВАНИЕ И ВДОХНОВЕНИЕ ИЗ «ЖЕЛЕЗНОГО ЧЕЛОВЕКА 3» (PDF) . Европейская конференция по симуляционному моделированию . Проверено 6 ноября 2017 г.
- ^ «Проект «Человеческий коннектом»» . НАЦИОНАЛЬНЫЕ ИНСТИТУТЫ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ США.
- ^ «Жесткая клетка» . Экономист . 9 марта 2013 года . Проверено 11 марта 2013 г.
- ^ «Введение в Circos, особенности и использование // Визуализация данных кругового генома CIRCOS» .
- ^ Крживинский, М; Шейн, Дж; Бироль, я; Коннорс, Дж; Гаскойн, Р.; Хорсман, Д; Джонс, С.Дж.; Марра, Массачусетс (28 мая 2009 г.). «Цирки: информационная эстетика для сравнительной геномики» . Геномные исследования . 19 (9): 1639–1645. дои : 10.1101/гр.092759.109 . ПМК 2752132 . ПМИД 19541911 .
- ^ Иримия, Андрей; Чемберс, MC; Торгерсон, CM; Филиппу, М.; Ховда, Д.А.; Алджер, младший; Гериг, Г.; Тога, AW; Веспа, премьер-министр; Кикинис Р.; Ван Хорн, доктор юридических наук (6 февраля 2012 г.). «Индивидуальная коннектомная визуализация для оценки атрофии белого вещества при черепно-мозговой травме» . Границы в неврологии . 3 : 10. doi : 10.3389/fneur.2012.00010 . ПМЦ 3275792 . ПМИД 22363313 .
- ^ Ван Хорн, Джон Д.; Иримия, А.; Торгерсон, CM; Чемберс, MC; Кикинис Р.; Тога, AW (16 мая 2012 г.). Спорнс, Олаф (ред.). «Картирование повреждений связи в случае Финеаса Гейджа» . ПЛОС ОДИН . 7 (5): e37454. Бибкод : 2012PLoSO...737454V . дои : 10.1371/journal.pone.0037454 . ПМЦ 3353935 . ПМИД 22616011 .
- ^ Ингалхаликар, Мадхура; Смит, Алекс; Паркер, Дрю; Саттертуэйт, Теодор; Эллиотт, Марк; Рупарель, Коша; Хаконарсон, Хакон; Гур, Ракель ; Верма, Рагини (декабрь 2013 г.). «Половые различия в структурном коннектоме человеческого мозга» . Труды Национальной академии наук . 111 (2): 823–8. Бибкод : 2014PNAS..111..823I . дои : 10.1073/pnas.1316909110 . ПМЦ 3896179 . ПМИД 24297904 .
- ^ Мессе, Арно; Софи Каплен; Мелани Пелегрини-Иссак; Софи Бланчо; Ричард Леви; Нозар Агахани; Мишель Монтрей; Хабиб Бенали; Стефан Леэриси (6 июня 2013 г.). «Специфические и развивающиеся изменения сети в состоянии покоя при посткоммоционном синдроме после легкой черепно-мозговой травмы» . ПЛОС ОДИН . 8 (6): e65470. Бибкод : 2013PLoSO...865470M . дои : 10.1371/journal.pone.0065470 . ПМК 3675039 . ПМИД 23755237 .
- ^ Ви, Чонг-Яу; Пью-Тиан Яп; Даоцян Чжан; Лихун Ван; Динган Шен (7 марта 2013 г.). «Групповое моделирование разреженной связи с помощью фМРТ для выявления легких когнитивных нарушений» . Структура и функции мозга . 219 (2): 641–656. дои : 10.1007/s00429-013-0524-8 . ПМЦ 3710527 . ПМИД 23468090 .
- ^ Иримия, Андрей; Джек Ван Хорн (29 октября 2012 г.). «Структурная, коннектомная и сетевая ковариантность человеческого мозга» . НейроИмидж . 66 : 489–499. doi : 10.1016/j.neuroimage.2012.10.066 . ПМЦ 3586751 . ПМИД 23116816 .
- ^ Пандит, А.С.; Робинсон Э; Альджабар П; Мяч G; Гусиас И.С.; Ван З; Хайнал СП; Рюкерт Д; Адвокат С.Дж.; Монтана Дж; Эдвардс А.Д. (31 марта 2013 г.). «Картирование структурных связей всего мозга у младенцев показывает измененную силу связей, связанную с ростом и преждевременными родами» . Кора головного мозга . 24 (9): 2324–2333. дои : 10.1093/cercor/bht086 . ПМИД 23547135 .
- ^ Спорнс, Олаф (2011). Сети мозга . С Прессой. ISBN 978-0-262-01469-4 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ][далее 1] [далее 2] [далее 3] [далее 4]
- ^ Петрелла, Джеффри; П. Мурали Дорайсвами (9 апреля 2013 г.). «От мостов Кенигсберга до полей Альцгеймера». Неврология . 80 (15): 1360–2. дои : 10.1212/WNL.0b013e31828c3062 . ПМИД 23486887 . S2CID 207122930 .
- ^ Крэддок, Р. Кэмерон; Саад Джбабди; Чао-Ган Ян; Джошуа Т. Фогельштейн; Ф. Ксавье Кастелланос; Адриана Ди Мартино; Клэр Келли; Кейт Хеберлейн; Стэн Колкомб; Майкл П. Милхэм (июнь 2013 г.). «Отображение коннектомов человека на макроуровне» . Природные методы . 10 (6): 524–39. дои : 10.1038/nmeth.2482 . ПМК 4096321 . ПМИД 23722212 .
- ^ Маргулис, Дэниел; Иоахим Беттгер; Айми Ватанабэ; Кшиштоф Я. Горголевский (15 октября 2013 г.). «Визуализация коннектома человека» . НейроИмидж . 80 : 445–61. doi : 10.1016/j.neuroimage.2013.04.111 . hdl : 11858/00-001M-0000-0014-1C26-5 . ПМИД 23660027 .
- ^ Карунакаран, Суганья; Мэтью Дж. Ролло; Камин Ким; Джессика А. Джонсон; Гридхар П. Каламангалам; Бехнаам Аажанг; Нитин Тандон (5 декабря 2017 г.). «Сеть интериктальной мезиальной височной эпилепсии» . Эпилепсия . 59 (1): 244–258. дои : 10.1111/epi.13959 . ПМИД 29210066 .