Крупномасштабная сеть мозга

Крупномасштабные сети мозга (также известные как внутренние сети мозга ) представляют собой совокупность широко распространенных областей мозга, демонстрирующих функциональную взаимосвязь посредством статистического анализа сигнала fMRI BOLD ^[1] или других методов регистрации, таких как EEG , ^[2] PET ^[3] и MEG. . ^[4]Возникающая парадигма в нейробиологии заключается в том, что когнитивные задачи выполняются не отдельными областями мозга, работающими изолированно, а сетями, состоящими из нескольких дискретных областей мозга, которые, как говорят, «функционально связаны». Функциональные сети связи могут быть найдены с использованием таких алгоритмов, как кластеризация, пространственно- независимый компонентный анализ (ICA), на основе начального числа и другие. ^[5] Синхронизированные области мозга также можно идентифицировать с помощью длительной синхронизации ЭЭГ, МЭГ или других динамических сигналов мозга. ^[6]

Набор идентифицированных областей мозга, которые связаны вместе в крупномасштабную сеть, зависит от когнитивной функции. ^[7] Когда когнитивное состояние не является явным (т. Е. Субъект находится в «состоянии покоя»), крупномасштабная сеть мозга представляет собой сеть состояния покоя (RSN). Как физическая система с графоподобными свойствами ^[6] крупномасштабная сеть мозга имеет как узлы, так и ребра, и ее нельзя идентифицировать простой совместной активацией областей мозга. В последние десятилетия анализ мозговых сетей стал возможным благодаря достижениям в методах визуализации, а также новым инструментам из теории графов и динамических систем .

Крупномасштабные сети мозга идентифицируются по их функциям и обеспечивают согласованную основу для понимания познания , предлагая нейронную модель того, как возникают различные когнитивные функции, когда различные наборы областей мозга объединяются в самоорганизованные коалиции. Количество и состав коалиций будут варьироваться в зависимости от алгоритма и параметров, используемых для их идентификации. ^{[8] [9]} В одной модели есть только сеть с режимом по умолчанию и сеть с положительными задачами , но самые последние анализы показывают несколько сетей, от небольшой группы до 17. ^[8] Перечислены наиболее распространенные и стабильные сети. ниже. Регионы, участвующие в функциональной сети, могут динамически реконфигурироваться.^{[5] [10]}

Нарушения активности в различных сетях связаны с психоневрологическими расстройствами, такими как депрессия , болезнь Альцгеймера , расстройство аутистического спектра , шизофрения и биполярное расстройство . ^[11]

Базовые сети

Пример, который идентифицировал 10 крупномасштабных сетей мозга по активности фМРТ в состоянии покоя с помощью независимого компонентного анализа . ^[12]

Поскольку сети мозга можно идентифицировать с разным разрешением и с разными нейробиологическими свойствами, не существует универсального атласа сетей мозга, подходящего для любых обстоятельств. ^[13] Признавая эту проблему, Уддин, Йео и Спренг предложили в 2019 году ^[14], что следующие шесть сетей должны быть определены как базовые сети на основе конвергентных данных из нескольких исследований ^{[15] [8] [16]} для облегчения коммуникации. между исследователями.

Режим по умолчанию (медиальный лобно-теменный)

• Сеть режима по умолчанию активна, когда человек бодрствует и отдыхает. Он предпочтительно активируется, когда люди сосредотачиваются на внутренних задачах, таких как мечтания, видение будущего, восстановление воспоминаний и теория разума . Это отрицательно коррелирует с системами мозга, которые сосредотачиваются на внешних визуальных сигналах. Это наиболее широко исследуемая сеть. ^{[6] [10] [17] [1] [18] [19] [12] [8] [20] [21]}

Заметность (Midcingulo-Insular)

• Сеть выступов состоит из нескольких структур, включая переднюю (двустороннюю) островок, дорсальную переднюю поясную кору и три подкорковых структуры, которые представляют собой вентральное полосатое тело, черную субстанцию ​​/ вентральную тегментальную область. ^{[22] [23]} Он играет ключевую роль в мониторинге значимости внешних входных сигналов и внутренних событий мозга. ^{[1] [6] [10] [18] [12] [8] [20] В} частности, он помогает направлять внимание, выявляя важные биологические и когнитивные события. ^{[23] [21]}
• Эта сеть включает вентральную сеть внимания, которая в первую очередь включает височно-теменное соединение и вентральную лобную кору правого полушария. ^{[14] [24]} Эти области реагируют на неожиданно возникающие поведенческие стимулы. ^[24] Вентральная сеть внимания подавляется во время сосредоточенного внимания, при котором используется обработка сверху вниз, например, при визуальном поиске чего-либо. Такой ответ может помешать отвлечению целенаправленного внимания на нерелевантные стимулы. Он снова становится активным, когда цель или соответствующая информация о цели найдена. ^{[24] [25]}

Внимание (дорсальный лобно-теменный)

• Эта сеть участвует в добровольном распределении внимания сверху вниз. ^{[1] [18] [19] [8] [20] [24] [26]} Внутри дорсальной сети внимания интрапеменная борозда и лобные поля глаза влияют на зрительные области мозга. Эти влияющие факторы позволяют направить внимание. ^{[27] [24] [21]}

Контроль (латеральный лобно-теменный)

• Эта сеть инициирует и модулирует когнитивный контроль и включает 18 подобластей мозга. ^[28] Существует сильная корреляция между подвижным интеллектом и вовлечением лобно-теменной сети в другие сети. ^[29]

• Варианты этой сети также называются сетью центрального исполнительного (или исполнительного управления) и сетью когнитивного управления. ^[14]

Сенсомоторный или соматомоторный (перицентральный)

• Эта сеть обрабатывает соматосенсорную информацию и координирует движение. ^{[12] [8] [20] [10] [18]} слуховой коры головного мозга могут быть включены. ^{[14] [8]}

Визуальный (затылочный)

• Эта сеть занимается обработкой визуальной информации. ^[30]

Другие сети

Различные методы и данные выявили несколько других мозговых сетей, многие из которых сильно перекрываются или являются подмножествами более хорошо охарактеризованных базовых сетей. ^[14]

• Лимбическая ^{[10] [8] [21]}
• Слуховые ^{[18] [12]}
• Правый / левый руководитель ^{[18] [12]}
• Мозжечок ^{[19] [12]}
• Пространственное внимание ^{[1] [6]}
• Язык ^{[6] [26]}
• Боковое зрение ^{[18] [19] [12]}
• Временной ^{[8] [20]}
• Визуальное восприятие / образы ^[26]

Смотрите также

• Комплексная сеть

использованная литература