Основа фокального и коннектомного картирования временно нарушенных функций мозга

Биология связи, том 6, Номер статьи: 430 (2023) Цитировать эту статью

1559 доступов

1 Цитаты

11 Альтметрика

Подробности о метриках

Распределенная природа нейронного субстрата и сложность установления необходимости на основе корреляционных данных делают картирование функций мозга гораздо более сложной задачей, чем кажется. Методы, способные объединить соединительную анатомическую информацию с очаговым нарушением функции, необходимы для устранения неоднозначности локальной нейронной зависимости от глобальной и критической от просто случайной активности. Здесь мы представляем комплексную основу для фокального и соединительного пространственного вывода, основанную на скудных разрушительных данных, и демонстрируем ее применение в контексте временной прямой электрической стимуляции медиальной лобной стенки человека во время предоперационного обследования пациентов с фокальной эпилепсией. Наша структура формализует воксельный массовый одномерный вывод по разреженным данным в рамках статистической параметрической структуры картографии, включая анализ распределенных карт, определяемых любым критерием связности. Применительно к медиальной лобной стенке этот метод транзиторного дисконнектома выявляет заметные несоответствия между локальными и распределенными ассоциациями основных категорий моторного и сенсорного поведения, выявляя дифференциацию посредством удаленной связи, к которой чисто локальный анализ не имеет никакого отношения. Наша структура позволяет проводить революционное картирование человеческого мозга на основе разреженных данных с минимальными пространственными предположениями, хорошей статистической эффективностью, гибкой формулировкой модели и явным сравнением локальных и распределенных эффектов.

Спустя три десятилетия после революции в картировании человеческого мозга, ознаменованной функциональной магнитно-резонансной томографией (МРТ), большие участки нейронного ландшафта остаются окутанными тьмой. Все чаще признается, что два кардинальных аспекта задачи препятствуют прогрессу: распределенная, соединительная природа нейронного субстрата1,2 и сложность установления необходимости на основе преимущественно корреляционных данных3,4. Каждый аспект сам по себе представляет огромные трудности: характеристика распределенных субстратов требует явного моделирования удаленных взаимодействий, которые невозможно решить без крупномасштабных данных и математических моделей, хрупких из-за их сложности; Установление необходимости требует разрушительных доказательств, обычно получаемых естественным путем, через поведенческие последствия неконтролируемых очаговых патологических поражений, осложненных их случайными и гетерогенно распределенными характеристиками5,6. В совокупности эти трудности взаимно усиливаются: данные достаточного масштаба и качества для поддержки сложных моделей особенно трудно получить в клинической области, а распределенные модели патологических повреждений переплетаются со сравнительно распределенными основными моделями нейронной зависимости (за редкими исключениями7). . Однако именно распределенные субстраты больше всего нуждаются в разрушительных доказательствах, поскольку множественность нейронной поддержки делает выводы на основе корреляционных данных еще более трудными.

Поэтому срочно необходимы методологические инновации на стыке связующего и разрушительного картирования функций мозга, уделяя пристальное внимание не только практичности масштабирования существующих методов, но и уменьшению потребности в объемах данных, которых всегда будет трудно достичь. Здесь мы концептуально разрабатываем, технически реализуем и эмпирически демонстрируем простой, принципиальный подход к соединительно-разрушительному картированию функций мозга человека в клиническом контексте прямой корковой электрической стимуляции (DCS).

Теоретически идеальным подходом является регистрация функциональных последствий временных нарушений, применяемых в отдельных точках, индивидуально и в комбинации, по всему мозгу. DCS, обычно используемый в качестве локализационного клинического инструмента у пациентов, проходящих обследование по поводу резективной хирургии (обычно эпилептогенных) поражений, приближается к этому идеалу, возможно, ближе, чем любой другой доступный инструмент. Таким образом, можно достичь очагового, временного нарушения, что позволит провести причинно-следственную связь между четко определенным нейронным субстратом и наблюдаемым или сообщаемым поведенческим результатом8. Хотя клинические императивы неизбежно ограничивают выбор мест и плотности выборки, способность динамически оценивать несколько локусов у каждого пациента дает больший объем информативных данных, чем предполагает простое количество обследованных пациентов. Этот подход уже широко использовался для получения карт функциональной зависимости9 в хирургических условиях10,11, включая связность12, но за пределами формальных рамок, которые позволяют надежно количественно оценить как фокальные, так и соединительные эффекты без зависимости от заранее определенных областей интереса.