人类连接体的隐藏几何:高阶大脑功能差异的关键
大脑拥有复杂的神经回路,使整个人类活动、心理和行为得以实现。它的进化适应向着支持其功能特征的复杂结构进化。研究表明,信息处理依赖于大脑连接的特定组织支持的自组织临界机制(具有长时间相关性的自我调节爆发动力学)。因此,量化脑功能结构对理解脑动力学、心理学、病理学和认知具有良好的前景。
大脑的数学建模涉及一系列有助于解释成像数据的算法。弥散张量成像数据已经很容易地映射到脑结构网络(连接体)。网络节点是解剖学上的灰质区域,通过白质纤维束相互连接,参见图1。近年来,网络映射利用先进的图论和代数拓扑方法,开辟了脑结构-功能相互依赖研究的新途径。官方manbetx手机版我们的研究扩展了标准网络的理论,超越了两两连接来确定高阶结构的模式。它们在几何上被描述为三角形、四面体和涉及不同大脑区域的更高的团。在更大的范围内,这些简单的复合体被排列成五个功能不同的脑段,对应于网络的社区,如图1所示。破译这些大小不一的几何描述符是如何相互联系的,揭示了人类连接体的整个等级组织。
了解人类连接体的完整结构有助于阐明大脑功能几何的一些基本特征。具体来说,这张图是3/2-双曲曲线,具有短路径,可以在遥远的大脑区域之间有效地传输信息。拓扑中心(具有最显著的连通性和边缘权重的节点,以及附着在它们上的所有顺序的简单体的数量)似乎是大脑的八个中央区域(大脑左右半球的壳核、尾状核、海马体和丘脑- proper),形成了一个“富俱乐部结构”。这些中枢周围的核心网络代表了人类连接组的一部分,通过这些中枢通过不同大小的简单体连接大脑的不同部分。此外,除了边缘的数量之外,女性和男性连接体的简单复合体的结构揭示了与性别相关的本质差异。值得注意的是,在所有拓扑测量中,女性共识连接组似乎比相应的男性连接组连接得更好。潜在地,特定神经系统疾病(与健康个体)的连接体之间的结构差异可以使用这些拓扑测量来识别。最后,人类连接组中简单复合体的精确结构为基于高阶相互作用嵌入底层几何结构的紧急大脑动力学的现实建模提供了基础。
为了逃避抓捕已经做塔迪奇1,罗德里克Melnik2
1斯洛文尼亚卢布尔雅那Jozef Stefan研究所
2威尔弗里德劳里埃大学,滑铁卢,安大略省,加拿大
出版
人类连接体的功能几何
Bosiljka tadiki, Miroslav andjelkovovic, Roderick Melnik
2019年8月19日
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