Широкомасштабні мозкові мережі

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку

Широкомасштабні мережі мозку — це колекції розповсюджених нейронних мереж мозку, що демонструють функціональний зв'язок за допомогою статистичного аналізу сигналу fMRI BOLD[1] або інших методів запису, таких як ЕЕГ,[2] ПЕТ[3] and МЕГ.[4] Нова парадигма в нейронауці полягає в тому, що когнітивні завдання виконуються не окремими ділянками мозку, що працюють ізольовано, а мережами, що складаються з кількох дискретних областей мозку, які, як кажуть, «функціонально пов'язані». Функціональні мережі зв'язку можна знайти за допомогою таких алгоритмів, як кластеризація, просторовий незалежний аналіз компонентів (ICA) тощо.[5] Синхронізовані ділянки мозку також можуть бути ідентифіковані за допомогою синхронізації ЕЕГ, МЕГ або інших динамічних сигналів головного мозку.[6]

Набір ідентифікованих ділянок мозку, пов'язаних між собою у великомасштабну мережу, різниться залежно від когнітивних функцій.[7] Коли когнітивний стан не є явним (тобто суб'єкт перебуває у «стані спокою»), широкомасштабна мережа мозку є мережею стану спокою (RSN). Як фізична система із властивостями, подібними до графу,[6] широкомасштабна мережа мозку має як вузли, так і ребра і їх неможливо ідентифікувати просто за допомогою спільної активації областей мозку. В останні десятиліття аналіз мозкових мереж став можливим завдяки досягненню методів візуалізації, а також новим інструментам теорії графів та динамічних систем.

Широкомасштабні мережі мозку визначаються за їх функцією та забезпечують узгоджену основу для розуміння пізнання, пропонуючи нейронну модель того, як виникають різні когнітивні функції, коли різні набори областей мозку об'єднуються як самоорганізовані коаліції. Кількість та склад коаліцій буде залежати від алгоритму та параметрів, що використовуються для їх ідентифікації.[8][9] В одній моделі існує лише мережа режиму за замовчуванням (Default system) і позитивна мережа, але більшість поточних аналізів показує кілька мереж, від невеликої купки до 17.[8] Перераховані найбільш поширені та стабільні мережі нижче. Регіони, які беруть участь у функціональній мережі, можуть бути динамічно переналаштовані.[5][10]

Порушення діяльності в різних мережах пов'язані з нервово-психічними розладами, такими як депресія, хвороба Альцгеймера, розлад аутистичного спектру, шизофренія та біполярний розлад.[8]

Мережі[ред. | ред. код]

FMRI scanning shows 10 large-scale brain networks.

Наступні сім мереж були ідентифіковані щонайменше трьома дослідженнями і збігаються із сімома мережами в широко цитованій статті Yeo et all за 2011 рік.[8]

Режим за замовчуванням[ред. | ред. код]

  • Мережа за замовчуванням активна, коли особа не спить і перебуває у стані спокою. Це переважно активується, коли люди зосереджуються на внутрішньо орієнтованих завданнях, таких як мріяння, уявлення про майбутнє, пошук спогадів та теорія розуму. Це негативно корелює з мозковими системами, які фокусуються на зовнішніх зорових сигналах. Це найбільш досліджувана мережа.[6][10][11][1][12][13][14][8][15][16]

Дорсальна увага[ред. | ред. код]

  • Ця мережа бере участь у добровільному залученні уваги та переорієнтації на несподівані події.[1][12][13][8][15][17][18] В межах дорсальної мережі уваги внутрішньопарієтальна борозна і лобові поля очей впливають на зорові зони мозку. Ці найвливовіші фактори дозволяють орієнтувати увагу.[19][17][16]

Вентральна увага[ред. | ред. код]

  • Три ділянки мозку активні в цій мережі, і вони включають зорову кору, скронево-тім'яний зв'язок і черевну лобову кору. Ці ділянки реагують, коли поведінково-важливі подразники виникають несподівано.[17] Мережа вентральної уваги може також загальмуватися під час зосередженої уваги, в якій використовується обробка зверху вниз, наприклад, коли хтось візуально щось шукає. Ця реакція може запобігти відволіканню цільової уваги на нерелевантні подразники. Він знову стає активним, коли ціль або знайдена відповідна інформація про ціль.[17][20]
  • Інші способи класифікації.[13][17][8][15][18][16]

Визначеність[ред. | ред. код]

  • Виділяюча мережа (салієнтна система) складається з декількох структур, включаючи передню (двосторонню) островку, спинну передню порожнисту кору та три підкіркові структури, які є вентральним смугастим, чорною речовиною / вентральною тегментальною областю.[21][22] Він відіграє ключову роль контролю за помітністю зовнішніх входів та внутрішніх подій мозку.[1][6][10][12][14][8][15] Зокрема, він допомагає спрямовувати увагу, визначаючи важливі біологічні та когнітивні події.[22][16]

Лобово-тім'яна[ред. | ред. код]

  • Ця мережа ініціює та модулює когнітивний контроль і включає 18 підрегіонів мозку.[23] Існує сильна кореляція між рідинним інтелектом та участю лобно-тім'яної мережі з іншими мережами.[24]
  • Інші способи класифікації.[8][15][10][25][16]

Візуальна[ред. | ред. код]

  • Ця мережа забезпечує візуальну обробку інформації.[26]
  • Інші способи класифікації.[8][15][10][16]

Лімбічна[ред. | ред. код]

  • Інші способи класифікації.[10][8][16]

Також було виявлено кілька інших мозкових мереж: слухова,[12][14] рухова,[12] права виконання,[12][14] задній режим за замовчуванням,[12] ліва лобно-тім'яна,[13] мозочковий,[13][14] просторової уваги,[1][6] уваги,[10] мовна,[6][18] ліва виконавча,[14] сенсомоторна мережа,[14] соматомотор,[8][15][10] бічна візуальна,[12][13][14] часова,[8][15] зорового сприйняття,[18] and зорової уяви.[18]

Див. також[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

  1. ↑ а б в г д Riedl, Valentin; Utz, Lukas; Castrillón, Gabriel; Grimmer, Timo; Rauschecker, Josef P.; Ploner, Markus; Friston, Karl J.; Drzezga, Alexander; Sorg, Christian (12 січня 2016). Metabolic connectivity mapping reveals effective connectivity in the resting human brain. PNAS. 113 (2): 428—433. Bibcode:2016PNAS..113..428R. doi:10.1073/pnas.1513752113. PMC 4720331. PMID 26712010.
  2. ↑ Foster, Brett L.; Parvizi, Josef (1 березня 2012). Resting oscillations and cross-frequency coupling in the human posteromedial cortex. NeuroImage. 60 (1): 384—391. doi:10.1016/j.neuroimage.2011.12.019. ISSN 1053-8119. PMC 3596417. PMID 22227048.
  3. ↑ Buckner, Randy L.; Andrews‐Hanna, Jessica R.; Schacter, Daniel L. (2008). The Brain's Default Network. Annals of the New York Academy of Sciences (англ.). 1124 (1): 1—38. Bibcode:2008NYASA1124....1B. doi:10.1196/annals.1440.011. ISSN 1749-6632. PMID 18400922. S2CID 3167595.
  4. ↑ Morris, Peter G.; Smith, Stephen M.; Barnes, Gareth R.; Stephenson, Mary C.; Hale, Joanne R.; Price, Darren; Luckhoo, Henry; Woolrich, Mark; Brookes, Matthew J. (4 жовтня 2011). Investigating the electrophysiological basis of resting state networks using magnetoencephalography. Proceedings of the National Academy of Sciences (англ.). 108 (40): 16783—16788. Bibcode:2011PNAS..10816783B. doi:10.1073/pnas.1112685108. ISSN 0027-8424. PMC 3189080. PMID 21930901.
  5. ↑ а б Petersen, Steven; Sporns, Olaf (October 2015). Brain Networks and Cognitive Architectures. Neuron. 88 (1): 207—219. doi:10.1016/j.neuron.2015.09.027. PMC 4598639. PMID 26447582.
  6. ↑ а б в г д е Bressler, Steven L.; Menon, Vinod (June 2010). Large scale brain networks in cognition: emerging methods and principles. Trends in Cognitive Sciences. 14 (6): 233—290. doi:10.1016/j.tics.2010.04.004. PMID 20493761. S2CID 5967761. Архів оригіналу за 6 травня 2016. Процитовано 24 січня 2016.
  7. ↑ Bressler, Steven L. (2008). Neurocognitive networks. Scholarpedia. 3 (2): 1567. Bibcode:2008SchpJ...3.1567B. doi:10.4249/scholarpedia.1567.
  8. ↑ а б в г д е ж и к л м н п Yeo, B. T. Thomas; Krienen, Fenna M.; Sepulcre, Jorge; Sabuncu, Mert R.; Lashkari, Danial; Hollinshead, Marisa; Roffman, Joshua L.; Smoller, Jordan W.; Zöllei, Lilla; Polimeni, Jonathan R.; Fischl, Bruce; Liu, Hesheng; Buckner, Randy L. (1 вересня 2011). The organization of the human cerebral cortex estimated by intrinsic functional connectivity. Journal of Neurophysiology. 106 (3): 1125—1165. Bibcode:2011NatSD...2E0031H. doi:10.1152/jn.00338.2011. PMC 3174820. PMID 21653723.
  9. ↑ Abou Elseoud, Ahmed; Littow, Harri; Remes, Jukka; Starck, Tuomo; Nikkinen, Juha; Nissilä, Juuso; Timonen, Markku; Tervonen, Osmo; Kiviniemi1, Vesa (3 червня 2011). Group-ICA Model Order Highlights Patterns of Functional Brain Connectivity. Frontiers in Systems Neuroscience. 5: 37. doi:10.3389/fnsys.2011.00037. PMC 3109774. PMID 21687724.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  10. ↑ а б в г д е ж и Bassett, Daniella; Bertolero, Max (July 2019). How Matter Becomes Mind. Scientific American. 321 (1): 32. Архів оригіналу за 18 травня 2020. Процитовано 23 червня 2019.
  11. ↑ Buckner, Randy L. (15 серпня 2012). The serendipitous discovery of the brain's default network. NeuroImage (англ.). 62 (2): 1137—1145. doi:10.1016/j.neuroimage.2011.10.035. ISSN 1053-8119. PMID 22037421. S2CID 9880586.
  12. ↑ а б в г д е ж и Yuan, Rui; Di, Xin; Taylor, Paul A.; Gohel, Suril; Tsai, Yuan-Hsiung; Biswal, Bharat B. (30 квітня 2015). Functional topography of the thalamocortical system in human. Brain Structure and Function. 221 (4): 1971—1984. doi:10.1007/s00429-015-1018-7. PMC 6363530. PMID 25924563.
  13. ↑ а б в г д е Bell, Peter T.; Shine, James M. (9 листопада 2015). Estimating Large-Scale Network Convergence in the Human Functional Connectome. Brain Connectivity. 5 (9): 565—74. doi:10.1089/brain.2015.0348. PMID 26005099.
  14. ↑ а б в г д е ж и Heine, Lizette; Soddu, Andrea; Gomez, Francisco; Vanhaudenhuyse, Audrey; Tshibanda, Luaba; Thonnard, Marie; Charland-Verville, Vanessa; Kirsch, Murielle; Laureys, Steven; Demertzi, Athena (2012). Resting state networks and consciousness. Alterations of multiple resting state network connectivity in physiological, pharmacological and pathological consciousness states. Frontiers in Psychology. 3: 295. doi:10.3389/fpsyg.2012.00295. PMC 3427917. PMID 22969735.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  15. ↑ а б в г д е ж и Shafiei, Golia; Zeighami, Yashar; Clark, Crystal A.; Coull, Jennifer T.; Nagano-Saito, Atsuko; Leyton, Marco; Dagher, Alain; Mišić, Bratislav (1 жовтня 2018). Dopamine Signaling Modulates the Stability and Integration of Intrinsic Brain Networks. Cerebral Cortex. 29 (1): 397—409. doi:10.1093/cercor/bhy264. PMC 6294404. PMID 30357316.
  16. ↑ а б в г д е ж Bailey, Stephen K.; Aboud, Katherine S.; Nguyen, Tin Q.; Cutting, Laurie E. (13 грудня 2018). Applying a network framework to the neurobiology of reading and dyslexia. Journal of Neurodevelopmental Disorders. 10 (1): 37. doi:10.1186/s11689-018-9251-z. PMC 6291929. PMID 30541433.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  17. ↑ а б в г д Vossel, Simone; Geng, Joy J.; Fink, Gereon R. (2014). Dorsal and Ventral Attention Systems: Distinct Neural Circuits but Collaborative Roles. The Neuroscientist. 20 (2): 150—159. doi:10.1177/1073858413494269. PMC 4107817. PMID 23835449.
  18. ↑ а б в г д Hutton, John S.; Dudley, Jonathan; Horowitz-Kraus, Tzipi; DeWitt, Tom; Holland, Scott K. (1 вересня 2019). Functional Connectivity of Attention, Visual, and Language Networks During Audio, Illustrated, and Animated Stories in Preschool-Age Children. Brain Connectivity. 9 (7): 580—592. doi:10.1089/brain.2019.0679. PMC 6775495. PMID 31144523.
  19. ↑ Fox, Michael D.; Corbetta, Maurizio; Snyder, Abraham Z.; Vincent, Justin L.; Raichle, Marcus E. (27 червня 2006). Spontaneous neuronal activity distinguishes human dorsal and ventral attention systems. Proceedings of the National Academy of Sciences (англ.). 103 (26): 10046—10051. Bibcode:2006PNAS..10310046F. doi:10.1073/pnas.0604187103. ISSN 0027-8424. PMC 1480402. PMID 16788060.
  20. ↑ Shulman, Gordon L.; McAvoy, Mark P.; Cowan, Melanie C.; Astafiev, Serguei V.; Tansy, Aaron P.; d'Avossa, Giovanni; Corbetta, Maurizio (1 листопада 2003). Quantitative Analysis of Attention and Detection Signals During Visual Search. Journal of Neurophysiology. 90 (5): 3384—3397. doi:10.1152/jn.00343.2003. ISSN 0022-3077. PMID 12917383.
  21. ↑ Steimke, Rosa; Nomi, Jason S.; Calhoun, Vince D.; Stelzel, Christine; Paschke, Lena M.; Gaschler, Robert; Goschke, Thomas; Walter, Henrik; Uddin, Lucina Q. (1 грудня 2017). Salience network dynamics underlying successful resistance of temptation. Social Cognitive and Affective Neuroscience (англ.). 12 (12): 1928—1939. doi:10.1093/scan/nsx123. ISSN 1749-5016. PMC 5716209. PMID 29048582.
  22. ↑ а б Menon, V. (1 січня 2015), Salience Network, у Toga, Arthur W. (ред.), Brain Mapping, Academic Press, с. 597—611, doi:10.1016/B978-0-12-397025-1.00052-X, ISBN 978-0-12-397316-0, архів оригіналу за 21 квітня 2021, процитовано 8 грудня 2019
  23. ↑ Scolari, Miranda; Seidl-Rathkopf, Katharina N; Kastner, Sabine (1 лютого 2015). Functions of the human frontoparietal attention network: Evidence from neuroimaging. Current Opinion in Behavioral Sciences. Cognitive control. 1: 32—39. doi:10.1016/j.cobeha.2014.08.003. ISSN 2352-1546. PMC 4936532. PMID 27398396.
  24. ↑ Marek, Scott; Dosenbach, Nico U. F. (June 2018). The frontoparietal network: function, electrophysiology, and importance of individual precision mapping. Dialogues in Clinical Neuroscience. 20 (2): 133—140. doi:10.31887/DCNS.2018.20.2/smarek. ISSN 1294-8322. PMC 6136121. PMID 30250390.
  25. ↑ Zanto, Theodore P.; Gazzaley, Adam (1 грудня 2013). Fronto-parietal network: flexible hub of cognitive control. Trends in Cognitive Sciences. 17 (12): 602—603. doi:10.1016/j.tics.2013.10.001. PMC 3873155. PMID 24129332.
  26. ↑ Yang, Yan-li; Deng, Hong-xia; Xing, Gui-yang; Xia, Xiao-luan; Li, Hai-fang (2015). Brain functional network connectivity based on a visual task: visual information processing-related brain regions are significantly activated in the task state. Neural Regeneration Research. 10 (2): 298—307. doi:10.4103/1673-5374.152386. PMC 4392680. PMID 25883631.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
Отримано з https://uk.wikipedia.org/w/index.php?title=Широкомасштабні_мозкові_мережі&oldid=41673613